冷陰極蛍光ランプ用電極及びその製造方法
【課題】長寿命化かつ安定した電子放出特性を有する冷陰極蛍光ランプ用電極を提供する。
【解決手段】冷陰極蛍光ランプ１用電極７は、内面に蛍光体皮膜層３を有するガラス管内に放電媒体４を封入し、前記ガラス管内に封入された一対のカップ形状の電極を備える冷陰極蛍光ランプであって、カップ形状電極の内面に酸化物セラミックス膜８を成膜し、さらにその最上層にＤＬＣ膜９を形成する。
【解決手段】冷陰極蛍光ランプ１用電極７は、内面に蛍光体皮膜層３を有するガラス管内に放電媒体４を封入し、前記ガラス管内に封入された一対のカップ形状の電極を備える冷陰極蛍光ランプであって、カップ形状電極の内面に酸化物セラミックス膜８を成膜し、さらにその最上層にＤＬＣ膜９を形成する。
【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するものであり、特に冷陰極蛍光ランプに使用される電極及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
パソコンの液晶モニターや液晶テレビ等のバックライトには冷陰極蛍光ランプ（ＣＣＦＬ：Ｃｏｌｄ Ｃａｔｈｏｄｅ Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｔ Ｌａｍｐ）が使用されている。冷陰極蛍光ランプは、内面に蛍光体皮膜層を形成したガラス管内に少なくとも希ガス、水銀といった放電媒体を封入し、ガラス管内の両端に一対の電極を配置し、電極端部にはリード線が溶接され、リード線を介して電圧が印加される。この冷陰極蛍光ランプは、両電極間に高電圧を印加して、ガラス管内の電子を電極に衝突させて電極から電子を放出させる。そして、この電子とガラス管内の水銀とを反応させて紫外線を放射させ、蛍光体被膜層を発光させている。
【０００３】
上記のような液晶モニター等の普及が進行するにつれて、モニターの大型化や、高輝度で寿命の長い製品が求められており、使用される冷陰極蛍光ランプの高性能化が求められている。
【０００４】
冷陰極蛍光ランプは熱陰極型のランプに比べ、シンプルな陰極構造により細径化に向いており、現在のバックライトの主として使用されてきているが、熱陰極型に比べると発光効率に劣る。これは冷陰極蛍光ランプの放電に要する電圧が高いためである。
【０００５】
また上記のような要求が高まることにより、電極への印加電圧も高める必要があることから、放電により電極がスパッタリングされやすくなり、電極の寿命が短くなるといった問題も生じるため、このような要求に応えるためにはその動作電圧、すなわち陰極降下電圧の低減が必要となる。
【０００６】
このような中、特許文献１には筒型金属基体の内面の先端部を除き酸化物コーティングすることにより始動特性を良好にした電極を開示している。
【０００７】
また、特許文献２には冷陰極蛍光ランプに用いられる円柱状の電極表面に炭素膜を形成することにより電極の長寿命化を図ったことを開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０００−１３３２００
【特許文献２】特開２００６−１９０５３７
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献１に記載されたような電極では、電極内面の一部が、電極材料むき出しの状態にあり、その部分からスパッタリングされやすく、長期間の使用は困難である。
【００１０】
また、特許文献２に記載されたような電極は、炭素膜を形成することにより放電に対するスパッタリング耐性の向上を図っているものの、炭素膜のみでは、電子放出特性が良好とはいえず、要求された輝度特性を得るためには高い電圧を印加する必要があり、それにより管壁温度の上昇など問題が生じ、結果長期間の使用は困難である。
【００１１】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、冷陰極蛍光ランプで使用される電極において、電極に電子放出特性に優れる膜と耐スパッタ性に優れる膜とを必要箇所に適切に形成することにより、陰極降下電圧の低減による省電力化、および耐スパッタ性による電極の長寿命化を図ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成する為に、本発明に係る冷陰極蛍光ランプ用電極は、内面に蛍光体皮膜層を有するガラス管内に放電媒体を封入し、前記ガラス管内に封入された一対のカップ形状の電極を備える冷陰極蛍光ランプであって、前記カップ形状電極の内面に酸化物セラミックス膜を成膜し、さらにその最上層にＤＬＣ膜を形成したことを特徴とする。
【００１３】
このように、酸化物セラミックス膜とＤＬＣ膜とを成膜することにより、酸化物セラミックス膜が電気特性向上の効果を付与し、陰極降下電圧を低減し、消費電力の低下、管壁温度の適正化による輝度の維持など点灯安定性が向上する。またＤＬＣ膜が、使用時における放電に対する電極へのスパッタリングに耐性を示し、さらに、酸化物セラミックス膜の上に成膜することにより、酸化物セラミックス膜の脱粒や膜剥離などに対する防止効果も期待でき、２次電子放出特性が長期間維持することができるため電極の初期特性も長期間維持することが可能となる。
【００１４】
また、本発明に係る冷陰極蛍光ランプ用電極は、前記酸化物セラミックス膜は溶射法により前記カップ形状電極の内底面にのみ成膜することを特徴とする。
【００１５】
このように、カップ形状電極の内底面を溶射法で成膜することにより、短時間で内底面に密着性に優れるクラックなど欠陥のない膜が形成できる。
【００１６】
また、本発明に係る冷陰極蛍光ランプ用電極は、前記酸化物セラミックス膜がＣＶＤ法により前記カップ形状電極の内面に成膜されていることを特徴とする。
【００１７】
このようにＣＶＤ法で成膜することにより、カップ形状電極の縁部を含む内面、特に溶射法では成膜が困難な内側面に対し緻密な成膜が可能になり、さらなる陰極降下電圧の低減による省電力化が見込める。
【００１８】
また、本発明に係る冷陰極蛍光ランプ用電極は、前記酸化物セラミックス膜が、Ｙ、Ｇｄ、Ｙｂより選択された希土類酸化物、Ａｌ、Ｚｒ、Ｍｇより選択された酸化物のうち１種、若しくは２種以上からなることを特徴とする。
【００１９】
このように、カップ形状電極内面に電子放出特性に優れる酸化物セラミックス膜を成膜することにより、陰極降下電圧を低減することにより管電圧の低下による長寿命化が見込め、また消費電力の低下、管壁温度の適正化による輝度の維持など点灯安定性が向上する。
【００２０】
また、本発明に係る冷陰極蛍光ランプ用電極の製造方法は、内面に蛍光体皮膜層を有するガラス管内に放電媒体を封入し、前記ガラス管内に封入された一対のカップ形状の電極を備える冷陰極蛍光ランプであって、前記カップ形状電極の内面をブラスト処理により粗面加工し、溶射法により前記カップ形状電極の内底面にのみ酸化物セラミックス膜を成膜し、さらにその上から前記カップ形状電極の内面にＤＬＣ膜を形成することを特徴とする。
【００２１】
また、本発明に係る冷陰極蛍光ランプ用電極の製造方法は、内面に蛍光体皮膜層を有するガラス管内に放電媒体を封入し、前記ガラス管内に封入された一対のカップ形状の電極を備える冷陰極蛍光ランプであって、ＣＶＤ法により前記カップ形状電極の内面に酸化物セラミックス膜を成膜し、さらにその上から前記カップ形状電極の内面にＤＬＣ膜を形成することを特徴とする。
【００２２】
また、本発明に係る冷陰極蛍光ランプ用電極の製造方法は、内面に蛍光体皮膜層を有するガラス管内に放電媒体を封入し、前記ガラス管内に封入された一対のカップ形状の電極を備える冷陰極蛍光ランプであって、前記カップ形状電極の内面をブラスト処理により粗面加工し、溶射法により前記カップ形状電極の内底面にのみ酸化物セラミックス膜を成膜し、さらにその上からＣＶＤ法により前記カップ形状電極の内面に酸化物セラミックス膜を成膜し、またさらにその上から前記カップ形状電極の内面にＤＬＣ膜を形成することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、冷陰極蛍光ランプ用電極の内面に電子放出特性に優れる酸化物セラミックス膜を成膜することにより、陰極降下電圧の低減により冷陰極蛍光ランプの消費電力の低下、管壁温度の適正化による輝度の維持など点灯安定性が向上する。またＤＬＣ膜を成膜することにより、使用時における放電に対する電極へのスパッタリングに耐性を示し、さらに、酸化物セラミックス膜の上に成膜することにより、酸化物セラミックス膜の脱粒や膜剥離などに対する防止効果も期待でき、２次電子放出特性が長期間維持することができるため電極の初期特性も長期間維持することが可能となる。このことから、陰極降下電圧の低減による消費電力低下とスパッタリング耐性の双方から電極の長寿命化を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の実施の形態例に係る冷陰極蛍光ランプの概略的な構造を模式的に示す断面図である。
【図２】（Ａ）〜（Ｃ）図１における冷陰極蛍光ランプ用電極部分の拡大断面図である。
【図３】本発明の実施の形態例に係る大気開放型化学気相成長（ＣＶＤ）装置の概略構成を模式的に示す図である。
【図４】本発明の実施の形態例に係るＣＶＤ装置のノズルおよびその近辺の断面を拡大して模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、図面を参照して本発明を実施するための形態を詳細に説明する。
【００２６】
図１は本発明に係る冷陰極蛍光ランプの概略的な構造を示す断面図である。冷陰極蛍光ランプ１のガラス管２は、ソーダガラス、鉛ガラス等の硬質ガラス材料で形成されており、その外径は用途に応じて異なるが、φ１．８〜φ５．０ｍｍ程度で長さは１５０〜１５００ｍｍ程度である。また、ガラス管２の両端が硼酸ガラス、珪酸ガラス等で形成された封止ガラス５により気密に封止されている。
【００２７】
また、ガラス管２の内壁には、希土類蛍光体皮膜等の蛍光体が用途に応じて適宜選択された蛍光体皮膜３が形成されており、ガラス管２の内部空間には、アルゴン、キセノン、ネオン等の希ガス及び、蛍光体励起用の水銀といった放電媒体４が所定量封入されている。
【００２８】
ガラス管２の両端には、リード線６の接合された一対の電極７が、リード線６が封止ガラス５を貫通する形で、一対の電極が対向するように配置されている。また電極７は、対向する面が開口している有底のカップ形状であり、ホローカソード効果により、電極内側から電子放出が行われやすく、陰極降下電圧が低減でき、低消費電力化も見込める。また電極材料としては、本発明では安価で加工性の優れるニッケルを使用しているが、ニオブやモリブデン若しくはタングステンで作製された電極であっても良い。また、電極７の内面および縁部には酸化物セラミックス膜８およびＤＬＣ膜９が形成されている。
【００２９】
冷陰極蛍光ランプ１は上記のような構造を示しており、リード線６を介して電力を投入することにより、両端の電極７間に放電が発生し、水銀が励起され紫外線が発生する。その発生した紫外線により蛍光体皮膜３から可視光線が外部に放射される。
【００３０】
図２（Ａ）〜（Ｃ）は、図１における冷陰極蛍光ランプに使用される電極７部分を拡大して詳細に示す断面図である。図２（Ａ）は、電極７の内底面にプラズマ溶射法により成膜された酸化物セラミックス膜８ａ（格子線）が形成されており、その上から電極７の内面および縁部にＤＬＣ膜９（右上り線）が形成されている。
【００３１】
プラズマ溶射法は出力が高く高融点材料の溶射に適しており、プラズマ溶射法とすることで、完全溶融された酸化物セラミックス膜８ａの原料が、電極７の内底面に密着して成膜されるために放電による膜剥離が発生しにくい。成膜におけるプラズマ溶射装置としては特に限定はなく公知のものを使用すればよい。また、溶射前に電極７にブラスト処理をして表面処理を施してから酸化物セラミックス膜８ａを形成しても良い。
【００３２】
また、内底面に形成する酸化物セラミックス膜８ａの厚みとしては、５０μｍ以上２０００μｍ以下が好ましい。プラズマ溶射膜は下記に記載するＣＶＤ法による膜と比較すると、その膜に気孔が存在する。また、カップ形状の電極は使用時における放電は内底面で最も多く起こる。その理由は明らかではないが、電圧を印加すると電気エネルギーは直線的に電極へ向かって進むため、底面のイオン衝突密度が大きいためと推測される。そのため膜厚が薄すぎると、その気孔から放電が入り込む可能性がある。また逆に膜厚が厚すぎると放電阻害となり、点灯時の発光にゆらぎが生じ点灯が不安定になる。
【００３３】
また、酸化物セラミックス膜８ａの気孔率は５％以上２０％以下が好ましく、さらには、５％以上１０％以下であることがより好ましい。気孔率が５％未満の場合、皮膜が緻密すぎるため皮膜にクラックが発生し、そこから膜剥離の原因となる恐れがある。また、気孔率が２０％を超えると、その空隙に放電が入り込み、膜剥離の原因となる恐れがある。
【００３４】
また図２（Ｂ）は、図２（Ａ）のプラズマ溶射膜からなる酸化物セラミックス膜８ａに換え、ＣＶＤ法で形成された酸化物セラミックス膜８ｂ（ドット）から構成されている。
【００３５】
これは上記プラズマ溶射法における成膜方法では基材に対し極めて直線的に成膜を行うため、電極７の内側面に成膜をすることは困難である。そこで、ＣＶＤ法で成膜を行うことによりカップ形状電極の内側面に均一に成膜が可能である。ＣＶＤ法により高緻密で平滑な膜を内面に形成することにより、陰極降下電圧を低減することが可能であり省電力が見込め、ひいては電極の長寿命化に貢献する。
【００３６】
また、図２（Ｃ）のように、図２（Ａ）、（Ｂ）を組み合わせた構成としても良く、このような構成とすることで、放電が最も多く起こる内底面の膜厚を厚くすることができるので、酸化物セラミックス膜自身のスパッタリングに対する耐性時間を延ばすことが可能となる。
【００３７】
カップ形状電極の内面に均一な成膜を行うＣＶＤ法としては、大気開放型化学気相成長法（以下、単にＣＶＤ法ともいう）が好ましく、さらにその成膜ノズルに特徴を持たせたものを用いることが好ましい。以下にその好適な成膜の方法を記載する。
【００３８】
図３は、本発明の実施の形態例に係る大気開放型化学気相成長（ＣＶＤ）装置（以下、単にＣＶＤ装置ともいう。）の概略構成を模式的に示している。また、図４には図３のＣＶＤ装置の成膜ノズル部分にあたる拡大模式図を示す。図３および図４に示すように本実施の形態例に係るＣＶＤ装置１０は、ガス供給部１１、ガス流量計１２、原料気化部１４、酸素ガス供給部１６、酸素ガス流量計１７、ノズルフード部１９、これらを接続する配管１３ａ〜１３ｃ、多孔板２０、カップ形状の電極７、電極７の加熱装置２２を備える。
【００３９】
上記におけるＣＶＤ装置のガス供給部１１は、例えば窒素ガスボンベ等のキャリアガス供給源であり、このキャリアガス（例えば、乾燥窒素ガス）は、その供給量がガス流量計１２で計数されながら、ヒーターＨ１で加熱された配管１３ａを介して、原料気化部１４へ供給される。原料気化部１４内には酸化物セラミックス膜８ｂの原料１５が載置されており、原料気化部１４全体をヒーターＨ２で加熱している。原料１５は、原料気化部１４内で、例えば６０〜３００℃程度に加熱気化され、気化した酸化物セラミックス膜８ｂの原料は、例えば毎分０．５〜３０．０リットル程度の流量のキャリアガスとともに混合ガス供給管１３ｂへ送られる。なお、このとき配管１３ｂもヒーターＨ３で加熱されている。
【００４０】
一方、酸素ガス供給部１６からは、その供給量が酸素ガス流量計１７で計数されながら、ヒーターＨ３で加熱された配管１３ｃを介して酸素ガスが供給される。この配管１３ｃと混合ガス供給管１３ｂとがその下流側で接続されているので、原料気化部１４で気化させた酸化物セラミックス膜８ｂの原料１５とキャリアガスとの混合ガス中に酸素ガスが供給される。そして、酸化物セラミックス膜８ｂの原料１５と、キャリアガスの混合ガスと、酸素ガスとが混合した原料混合ガスがノズル１８内に供給される。なお、酸素ガスと原料混合ガスの割合は任意に選択することができる。
【００４１】
このように酸化物セラミックス膜８ｂの原料１５とキャリアガスの混合ガスと酸素ガスとの混合による原料混合ガスがノズル１８内に供給され、ヒーター２２ａを配した加熱装置２２で加熱された電極７の内面に、ノズルフード部１９に設置された多孔板２０から原料混合ガスが吹き付けられ、空気中の酸素と混合ガスが反応して電極７の内面に酸化物セラミックス膜８ｂが堆積する。
【００４２】
また、図４は図３のＣＶＤ装置のノズルおよびその近辺の断面を拡大して模式的に示す図であり、成膜時のより好適な方法の詳細を記載する。図４に示すように本実施の形態例に係るＣＶＤ装置のノズルはさらに多孔板２０より伸びる細管２１が取り付けられている。細管２１は電極７の径より細く作られており、電極７内に細管２１の一部を挿入しながら成膜することが可能であり、原料混合ガスを強制的に送入することができる。このような方法を取ることにより、放たれた原料混合ガスが電極内部で循環したあと外部へ排出していくため、電極の内面および縁部、特に内側面部分にも効率的に成膜が可能となる。なお、成膜不要の部分にはマスキングなどの処置を施せば良い。
【００４３】
また、多孔板２０に配置される細管２１は単数、複数何れであっても構わないが、複数本配置して成膜を行うことにより、一度に多くの電極への成膜が可能である。複数本配置して成膜を行う場合、ノズル１８内で気流差が発生し膜厚にムラが生じないように、細管２１を例えば直線上、同心円上等に均等な間隔に配置することが好ましい。また基材側である電極７の設置については、電極７の径より若干大きめの穴をあけた治具を準備し、そこに電極７を嵌めこむように設置して成膜を行えばよい。
【００４４】
このとき形成される酸化物セラミックス膜８ｂの厚みとしては、成膜することがさらなる陰極降下電圧を低減することに効果を示すため特に限定はしないが、１μｍ以上成膜することで、安定した電気特性向上の効果が見込め、さらには１０μｍ以上成膜することがより好ましい。これはプラズマ溶射膜で構成された酸化物セラミックス膜８ａと比較し、前記ＣＶＤ法により成膜された膜は、高緻密で平滑な膜であるため、その膜厚が薄く成膜されていても、同等の特性を得ることができるためである。
【００４５】
また、上記溶射法やＣＶＤ法の他、ゾルゲル法のようなディップコーティングによる方法で電極７の内面に酸化物セラミックス膜８を成膜しても良い。しかしながら、このような方法は１μｍ程度の膜厚を得るために数十回のコーティングが必要となるので、工業的なことを考慮した場合はやはり溶射法やＣＶＤ法における成膜が望ましい。
【００４６】
また使用される酸化物セラミックス膜８の原料としては、Ｙ２Ｏ３（酸化イットリウム）やＧｄ２Ｏ３（酸化ガドリニウム）、Ｙｂ２Ｏ３（酸化イッテルビウム）などからなる３Ａ族元素、Ａｌ２Ｏ３（酸化アルミニウム）、ＺｒＯ２（酸化ジルコニウム）、ＭｇＯ（酸化マグネシウム）などからなる酸化物より１種若しくは２種以上を混合物として使用するのが好適である。また、上記主成分以外の他成分が含まれていても構わない。ただし、このような他成分は、成膜された酸化物セラミックス膜８に対して悪影響を与えないものが好ましい。そのような他成分は不可避成分であり、例えばＳｉ、Ｎａ、Ｆｅ、Ｚｎ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｃａ、Ｍｎ、Ｔｉ、Ｋなどが挙げられる。
【００４７】
さらに酸化物セラミックス膜８の上には電極７の内面および縁部にＤＬＣ膜９が形成されている。低仕事関数で耐スパッタ性に優れるＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）膜を電極の最上層に形成することにより、放電による電極７へのスパッタリングの耐性が向上するので寿命を延ばすことが可能となる。さらに、最上層にＤＬＣ膜９を成膜したことにより、電気放出特性に優れる酸化物セラミックス膜８の脱粒や膜剥離などといった酸化物セラミックス膜８の崩れ防止や、酸化物セラミックス膜８と電極７の境目からのエッチング防止にもなるため、使用開始時とほぼ同様の初期特性を長時間維持することができる。
【００４８】
また、ＤＬＣ膜９は電極７の内面および縁部にのみ形成されているが、電極の外周部に膜がついていても構わない。ただし、封止ガラス５に膜が付かないことに注意する必要がある。これは冷陰極蛍光ランプ１を製造する際、ガラス管２と封止ガラス５との接着不良が発生するためである。
【００４９】
ＤＬＣ膜９の成膜方法としては特に限定はなく、プラズマＣＶＤ法や熱ＣＶＤ法、ＰＶＤ法など各種公知の方法で成膜すればよく、またその膜厚は、電極内の放電に影響がない程度であれば特に限定はしないが、その寿命や作製におけるコストといった工業的部分を考慮すると例えば０．１μｍ以上２μｍ以下程度成膜すれば、前記のような効果が期待でき好ましい。
【００５０】
上記方法を用いることにより、電極７に対し電子放出特性に優れる膜と耐スパッタ性に優れる膜とを適切に形成したことにより、陰極降下電圧の低減により冷陰極蛍光ランプの消費電力の低下、管壁温度の適正化による輝度の維持など点灯安定性が向上、および耐スパッタ性の向上による電極の長寿命化の向上を図ることが可能となる。
【実施例】
【００５１】
以下に本発明に係る一実施例を詳細に説明する。なお本発明は、以下に説明する実施例に何ら限定されるものではない。
【実施例１】
【００５２】
φ２．０ｍｍ、深さ５ｍｍのカップ形状のニッケル製電極を準備し、平均粒径３０μｍ、純度９９．０％で残部が不可避成分から成る酸化イットリウムを準備した。そして溶射装置として、一対のアノード（陽極）を有するトーチ型溶射装置、ツインアノード型溶射装置（エアロプラズマ社製・ＡＳＰ７１００）を使用し、上記ニッケル製電極の内底面部に膜厚１０００μｍの酸化イットリウム膜を成膜した。さらにイオンビーム蒸着法にてＤＬＣ膜を前記溶射膜の上から電極の内面および縁部に１μｍ成膜した。なお、実施例１において電極７には膜の密着性を向上するために成膜前にブラストにより表面処理を施している。
【実施例２】
【００５３】
上記実施例１における溶射膜部分を、図３記載のＣＶＤ装置及び図４記載の成膜ノズルを用いて電極７の内面および縁部に１０μｍ酸化イットリウム膜を成膜し、その上にＤＬＣ膜を成膜した。酸化イットリウムとしては、純度９９．６％のＹ（ＤＰＭ）３（トリス（ジピバロイルメタナト）イットリウム）を使用し、成膜条件としては窒素キャリアガス流量を１０リットル／ｍｉｎ、酸素ガス流量を１リットル／ｍｉｎ、Ｙ（ＤＰＭ）３の気化温度を２２０℃、基板の加熱温度を５００℃とした。
【実施例３】
【００５４】
上記実施例１の溶射膜とＤＬＣ膜との工程間に、実施例２と同様の方法を用いてＣＶＤ膜を電極７の内面および縁部に酸化イットリウム膜を成膜した。なお成膜条件、膜厚は実施例２と同様とした。
【００５５】
（比較例１）
実施例と同様のカップ形状のニッケル製電極を用意し、ニッケル製電極の内底部にのみ酸化イットリウム溶射膜を１０００μｍの膜厚で成膜を行った。
【００５６】
（比較例２）
実施例と同様のカップ形状のニッケル製電極を用意し、酸化物セラミックス膜は成膜せず、ＤＬＣ膜のみを１μｍの膜厚で成膜した。
【００５７】
（比較例３）
実施例と同様のカップ形状のニッケル製電極を用意したのみで、膜の成膜を行わなかった。
【００５８】
実施例および比較例で作製した電極を、φ４．０ｍｍ、長さ９００ｍｍの蛍光体皮膜層３が形成されたガラス管２を準備し、両端を封止ガラス５で封止するように電極７を配置し、冷陰極蛍光ランプ１を作製した。なお、ガラス管２内には、放電媒体４として、アルゴン及び水銀が封入されている。
【００５９】
次に、作製した冷陰極蛍光ランプ１の封止ガラス５より外部へ貫通するリード線６を介して、１０ｍＡ、１５ｍＡ、２０ｍＡの３水準で連続点灯試験を行った。また上記何れの場合もガス圧力は４０ｔｏｒｒとする。そのときの連続点灯試験１００ｈｒ経過後の管電流（ｍＡ）に対する管電圧（Ｖ）の関係を表１、また管電流（ｍＡ）に対する管壁温度（℃）の関係を表２に示す。
【００６０】
【表１】
【００６１】
【表２】
【００６２】
３水準何れの場合であっても、実施例における冷陰極蛍光ランプは５０００ｈｒ連続点灯を行っても、使用初期の９５％以上の輝度特性を維持した。これは、電子放出特性に優れる酸化物セラミックス膜が、管電圧を低下させ発光効率を向上し、さらに最上面に形成されたＤＬＣ膜がスパッタリングに対し耐性を示し、さらに下層に成膜される酸化物セラミックス膜を保護している結果である。
【００６３】
また、実施例１と実施例２及び３では管電圧が５０Ｖ、管壁温度が１５〜４５℃低い値を示した。これは膜質の違いや電極の内側面への成膜の有無が影響していると考えられる。
【００６４】
対して比較例１は２０００ｈｒを経過した辺りから輝度低下が見られ、３０００ｈｒ経過後に初期特性の８０％を切った。これは酸化物セラミックス膜のスパッタリングにより水銀が消耗したためである。また、比較例２はスパッタリングに対し耐性を示したものの、管電圧が高く、管壁温度も高くなり、輝度低下が見られた。比較例３については５００ｈｒ経過したところで電極の状態を確認したところ、電極の底面にスパッタリングによる穴が見られた。
【００６５】
また、管電流の上昇に伴い比較例の冷陰極蛍光ランプのガラス管壁には黒化が見られた。これはスパッタリングにより、管内の水銀が蛍光体表面に付着したものであるが、実施例の冷陰極蛍光ランプは、長時間の使用においてもガラス管の黒化は見られなかった。
【００６６】
以上のことから、カップ形状電極の内面に酸化物セラミックス膜を成膜し、さらに最上層にＤＬＣ膜を形成した構成を有する冷陰極蛍光ランプ用電極とすることにより、陰極降下電圧の低減による冷陰極蛍光ランプの消費電力の低下、管壁温度の適正化による輝度の維持など点灯安定性が向上する。また使用時における放電に対する電極へのスパッタリングに耐性が見込め、さらに、酸化物セラミックス膜の上にＤＬＣ膜を成膜することにより、酸化物セラミックス膜の脱粒や膜剥離などに対する防止効果も期待でき、長寿命化かつ安定した電子放出特性を有する冷陰極蛍光ランプ用電極を提供することが可能となった。
【符号の説明】
【００６７】
１ 冷陰極管蛍光ランプ
２ ガラス管
３ 蛍光体皮膜層
４ 放電媒体
５ 封止ガラス
６ リード線
７ 電極
８ 酸化物セラミックス膜
９ ＤＬＣ膜
１０ ＣＶＤ装置
１１ ガス供給部
１２ ガス流量計
１３ａ〜ｃ 配管
１４ 原料気化部
１５ 原料
１６ 酸素ガス供給部
１７ 酸素ガス流量計
１８ ノズル本体
１９ ノズルフード部
２０ 多孔板
２１ 成膜ノズル
２２ａ、Ｈ１〜Ｈ３ ヒーター
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷陰極蛍光ランプに関するものであり、特に冷陰極蛍光ランプに使用される電極及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
パソコンの液晶モニターや液晶テレビ等のバックライトには冷陰極蛍光ランプ（ＣＣＦＬ：Ｃｏｌｄ Ｃａｔｈｏｄｅ Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｔ Ｌａｍｐ）が使用されている。冷陰極蛍光ランプは、内面に蛍光体皮膜層を形成したガラス管内に少なくとも希ガス、水銀といった放電媒体を封入し、ガラス管内の両端に一対の電極を配置し、電極端部にはリード線が溶接され、リード線を介して電圧が印加される。この冷陰極蛍光ランプは、両電極間に高電圧を印加して、ガラス管内の電子を電極に衝突させて電極から電子を放出させる。そして、この電子とガラス管内の水銀とを反応させて紫外線を放射させ、蛍光体被膜層を発光させている。
【０００３】
上記のような液晶モニター等の普及が進行するにつれて、モニターの大型化や、高輝度で寿命の長い製品が求められており、使用される冷陰極蛍光ランプの高性能化が求められている。
【０００４】
冷陰極蛍光ランプは熱陰極型のランプに比べ、シンプルな陰極構造により細径化に向いており、現在のバックライトの主として使用されてきているが、熱陰極型に比べると発光効率に劣る。これは冷陰極蛍光ランプの放電に要する電圧が高いためである。
【０００５】
また上記のような要求が高まることにより、電極への印加電圧も高める必要があることから、放電により電極がスパッタリングされやすくなり、電極の寿命が短くなるといった問題も生じるため、このような要求に応えるためにはその動作電圧、すなわち陰極降下電圧の低減が必要となる。
【０００６】
このような中、特許文献１には筒型金属基体の内面の先端部を除き酸化物コーティングすることにより始動特性を良好にした電極を開示している。
【０００７】
また、特許文献２には冷陰極蛍光ランプに用いられる円柱状の電極表面に炭素膜を形成することにより電極の長寿命化を図ったことを開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０００−１３３２００
【特許文献２】特開２００６−１９０５３７
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献１に記載されたような電極では、電極内面の一部が、電極材料むき出しの状態にあり、その部分からスパッタリングされやすく、長期間の使用は困難である。
【００１０】
また、特許文献２に記載されたような電極は、炭素膜を形成することにより放電に対するスパッタリング耐性の向上を図っているものの、炭素膜のみでは、電子放出特性が良好とはいえず、要求された輝度特性を得るためには高い電圧を印加する必要があり、それにより管壁温度の上昇など問題が生じ、結果長期間の使用は困難である。
【００１１】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、冷陰極蛍光ランプで使用される電極において、電極に電子放出特性に優れる膜と耐スパッタ性に優れる膜とを必要箇所に適切に形成することにより、陰極降下電圧の低減による省電力化、および耐スパッタ性による電極の長寿命化を図ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成する為に、本発明に係る冷陰極蛍光ランプ用電極は、内面に蛍光体皮膜層を有するガラス管内に放電媒体を封入し、前記ガラス管内に封入された一対のカップ形状の電極を備える冷陰極蛍光ランプであって、前記カップ形状電極の内面に酸化物セラミックス膜を成膜し、さらにその最上層にＤＬＣ膜を形成したことを特徴とする。
【００１３】
このように、酸化物セラミックス膜とＤＬＣ膜とを成膜することにより、酸化物セラミックス膜が電気特性向上の効果を付与し、陰極降下電圧を低減し、消費電力の低下、管壁温度の適正化による輝度の維持など点灯安定性が向上する。またＤＬＣ膜が、使用時における放電に対する電極へのスパッタリングに耐性を示し、さらに、酸化物セラミックス膜の上に成膜することにより、酸化物セラミックス膜の脱粒や膜剥離などに対する防止効果も期待でき、２次電子放出特性が長期間維持することができるため電極の初期特性も長期間維持することが可能となる。
【００１４】
また、本発明に係る冷陰極蛍光ランプ用電極は、前記酸化物セラミックス膜は溶射法により前記カップ形状電極の内底面にのみ成膜することを特徴とする。
【００１５】
このように、カップ形状電極の内底面を溶射法で成膜することにより、短時間で内底面に密着性に優れるクラックなど欠陥のない膜が形成できる。
【００１６】
また、本発明に係る冷陰極蛍光ランプ用電極は、前記酸化物セラミックス膜がＣＶＤ法により前記カップ形状電極の内面に成膜されていることを特徴とする。
【００１７】
このようにＣＶＤ法で成膜することにより、カップ形状電極の縁部を含む内面、特に溶射法では成膜が困難な内側面に対し緻密な成膜が可能になり、さらなる陰極降下電圧の低減による省電力化が見込める。
【００１８】
また、本発明に係る冷陰極蛍光ランプ用電極は、前記酸化物セラミックス膜が、Ｙ、Ｇｄ、Ｙｂより選択された希土類酸化物、Ａｌ、Ｚｒ、Ｍｇより選択された酸化物のうち１種、若しくは２種以上からなることを特徴とする。
【００１９】
このように、カップ形状電極内面に電子放出特性に優れる酸化物セラミックス膜を成膜することにより、陰極降下電圧を低減することにより管電圧の低下による長寿命化が見込め、また消費電力の低下、管壁温度の適正化による輝度の維持など点灯安定性が向上する。
【００２０】
また、本発明に係る冷陰極蛍光ランプ用電極の製造方法は、内面に蛍光体皮膜層を有するガラス管内に放電媒体を封入し、前記ガラス管内に封入された一対のカップ形状の電極を備える冷陰極蛍光ランプであって、前記カップ形状電極の内面をブラスト処理により粗面加工し、溶射法により前記カップ形状電極の内底面にのみ酸化物セラミックス膜を成膜し、さらにその上から前記カップ形状電極の内面にＤＬＣ膜を形成することを特徴とする。
【００２１】
また、本発明に係る冷陰極蛍光ランプ用電極の製造方法は、内面に蛍光体皮膜層を有するガラス管内に放電媒体を封入し、前記ガラス管内に封入された一対のカップ形状の電極を備える冷陰極蛍光ランプであって、ＣＶＤ法により前記カップ形状電極の内面に酸化物セラミックス膜を成膜し、さらにその上から前記カップ形状電極の内面にＤＬＣ膜を形成することを特徴とする。
【００２２】
また、本発明に係る冷陰極蛍光ランプ用電極の製造方法は、内面に蛍光体皮膜層を有するガラス管内に放電媒体を封入し、前記ガラス管内に封入された一対のカップ形状の電極を備える冷陰極蛍光ランプであって、前記カップ形状電極の内面をブラスト処理により粗面加工し、溶射法により前記カップ形状電極の内底面にのみ酸化物セラミックス膜を成膜し、さらにその上からＣＶＤ法により前記カップ形状電極の内面に酸化物セラミックス膜を成膜し、またさらにその上から前記カップ形状電極の内面にＤＬＣ膜を形成することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、冷陰極蛍光ランプ用電極の内面に電子放出特性に優れる酸化物セラミックス膜を成膜することにより、陰極降下電圧の低減により冷陰極蛍光ランプの消費電力の低下、管壁温度の適正化による輝度の維持など点灯安定性が向上する。またＤＬＣ膜を成膜することにより、使用時における放電に対する電極へのスパッタリングに耐性を示し、さらに、酸化物セラミックス膜の上に成膜することにより、酸化物セラミックス膜の脱粒や膜剥離などに対する防止効果も期待でき、２次電子放出特性が長期間維持することができるため電極の初期特性も長期間維持することが可能となる。このことから、陰極降下電圧の低減による消費電力低下とスパッタリング耐性の双方から電極の長寿命化を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の実施の形態例に係る冷陰極蛍光ランプの概略的な構造を模式的に示す断面図である。
【図２】（Ａ）〜（Ｃ）図１における冷陰極蛍光ランプ用電極部分の拡大断面図である。
【図３】本発明の実施の形態例に係る大気開放型化学気相成長（ＣＶＤ）装置の概略構成を模式的に示す図である。
【図４】本発明の実施の形態例に係るＣＶＤ装置のノズルおよびその近辺の断面を拡大して模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、図面を参照して本発明を実施するための形態を詳細に説明する。
【００２６】
図１は本発明に係る冷陰極蛍光ランプの概略的な構造を示す断面図である。冷陰極蛍光ランプ１のガラス管２は、ソーダガラス、鉛ガラス等の硬質ガラス材料で形成されており、その外径は用途に応じて異なるが、φ１．８〜φ５．０ｍｍ程度で長さは１５０〜１５００ｍｍ程度である。また、ガラス管２の両端が硼酸ガラス、珪酸ガラス等で形成された封止ガラス５により気密に封止されている。
【００２７】
また、ガラス管２の内壁には、希土類蛍光体皮膜等の蛍光体が用途に応じて適宜選択された蛍光体皮膜３が形成されており、ガラス管２の内部空間には、アルゴン、キセノン、ネオン等の希ガス及び、蛍光体励起用の水銀といった放電媒体４が所定量封入されている。
【００２８】
ガラス管２の両端には、リード線６の接合された一対の電極７が、リード線６が封止ガラス５を貫通する形で、一対の電極が対向するように配置されている。また電極７は、対向する面が開口している有底のカップ形状であり、ホローカソード効果により、電極内側から電子放出が行われやすく、陰極降下電圧が低減でき、低消費電力化も見込める。また電極材料としては、本発明では安価で加工性の優れるニッケルを使用しているが、ニオブやモリブデン若しくはタングステンで作製された電極であっても良い。また、電極７の内面および縁部には酸化物セラミックス膜８およびＤＬＣ膜９が形成されている。
【００２９】
冷陰極蛍光ランプ１は上記のような構造を示しており、リード線６を介して電力を投入することにより、両端の電極７間に放電が発生し、水銀が励起され紫外線が発生する。その発生した紫外線により蛍光体皮膜３から可視光線が外部に放射される。
【００３０】
図２（Ａ）〜（Ｃ）は、図１における冷陰極蛍光ランプに使用される電極７部分を拡大して詳細に示す断面図である。図２（Ａ）は、電極７の内底面にプラズマ溶射法により成膜された酸化物セラミックス膜８ａ（格子線）が形成されており、その上から電極７の内面および縁部にＤＬＣ膜９（右上り線）が形成されている。
【００３１】
プラズマ溶射法は出力が高く高融点材料の溶射に適しており、プラズマ溶射法とすることで、完全溶融された酸化物セラミックス膜８ａの原料が、電極７の内底面に密着して成膜されるために放電による膜剥離が発生しにくい。成膜におけるプラズマ溶射装置としては特に限定はなく公知のものを使用すればよい。また、溶射前に電極７にブラスト処理をして表面処理を施してから酸化物セラミックス膜８ａを形成しても良い。
【００３２】
また、内底面に形成する酸化物セラミックス膜８ａの厚みとしては、５０μｍ以上２０００μｍ以下が好ましい。プラズマ溶射膜は下記に記載するＣＶＤ法による膜と比較すると、その膜に気孔が存在する。また、カップ形状の電極は使用時における放電は内底面で最も多く起こる。その理由は明らかではないが、電圧を印加すると電気エネルギーは直線的に電極へ向かって進むため、底面のイオン衝突密度が大きいためと推測される。そのため膜厚が薄すぎると、その気孔から放電が入り込む可能性がある。また逆に膜厚が厚すぎると放電阻害となり、点灯時の発光にゆらぎが生じ点灯が不安定になる。
【００３３】
また、酸化物セラミックス膜８ａの気孔率は５％以上２０％以下が好ましく、さらには、５％以上１０％以下であることがより好ましい。気孔率が５％未満の場合、皮膜が緻密すぎるため皮膜にクラックが発生し、そこから膜剥離の原因となる恐れがある。また、気孔率が２０％を超えると、その空隙に放電が入り込み、膜剥離の原因となる恐れがある。
【００３４】
また図２（Ｂ）は、図２（Ａ）のプラズマ溶射膜からなる酸化物セラミックス膜８ａに換え、ＣＶＤ法で形成された酸化物セラミックス膜８ｂ（ドット）から構成されている。
【００３５】
これは上記プラズマ溶射法における成膜方法では基材に対し極めて直線的に成膜を行うため、電極７の内側面に成膜をすることは困難である。そこで、ＣＶＤ法で成膜を行うことによりカップ形状電極の内側面に均一に成膜が可能である。ＣＶＤ法により高緻密で平滑な膜を内面に形成することにより、陰極降下電圧を低減することが可能であり省電力が見込め、ひいては電極の長寿命化に貢献する。
【００３６】
また、図２（Ｃ）のように、図２（Ａ）、（Ｂ）を組み合わせた構成としても良く、このような構成とすることで、放電が最も多く起こる内底面の膜厚を厚くすることができるので、酸化物セラミックス膜自身のスパッタリングに対する耐性時間を延ばすことが可能となる。
【００３７】
カップ形状電極の内面に均一な成膜を行うＣＶＤ法としては、大気開放型化学気相成長法（以下、単にＣＶＤ法ともいう）が好ましく、さらにその成膜ノズルに特徴を持たせたものを用いることが好ましい。以下にその好適な成膜の方法を記載する。
【００３８】
図３は、本発明の実施の形態例に係る大気開放型化学気相成長（ＣＶＤ）装置（以下、単にＣＶＤ装置ともいう。）の概略構成を模式的に示している。また、図４には図３のＣＶＤ装置の成膜ノズル部分にあたる拡大模式図を示す。図３および図４に示すように本実施の形態例に係るＣＶＤ装置１０は、ガス供給部１１、ガス流量計１２、原料気化部１４、酸素ガス供給部１６、酸素ガス流量計１７、ノズルフード部１９、これらを接続する配管１３ａ〜１３ｃ、多孔板２０、カップ形状の電極７、電極７の加熱装置２２を備える。
【００３９】
上記におけるＣＶＤ装置のガス供給部１１は、例えば窒素ガスボンベ等のキャリアガス供給源であり、このキャリアガス（例えば、乾燥窒素ガス）は、その供給量がガス流量計１２で計数されながら、ヒーターＨ１で加熱された配管１３ａを介して、原料気化部１４へ供給される。原料気化部１４内には酸化物セラミックス膜８ｂの原料１５が載置されており、原料気化部１４全体をヒーターＨ２で加熱している。原料１５は、原料気化部１４内で、例えば６０〜３００℃程度に加熱気化され、気化した酸化物セラミックス膜８ｂの原料は、例えば毎分０．５〜３０．０リットル程度の流量のキャリアガスとともに混合ガス供給管１３ｂへ送られる。なお、このとき配管１３ｂもヒーターＨ３で加熱されている。
【００４０】
一方、酸素ガス供給部１６からは、その供給量が酸素ガス流量計１７で計数されながら、ヒーターＨ３で加熱された配管１３ｃを介して酸素ガスが供給される。この配管１３ｃと混合ガス供給管１３ｂとがその下流側で接続されているので、原料気化部１４で気化させた酸化物セラミックス膜８ｂの原料１５とキャリアガスとの混合ガス中に酸素ガスが供給される。そして、酸化物セラミックス膜８ｂの原料１５と、キャリアガスの混合ガスと、酸素ガスとが混合した原料混合ガスがノズル１８内に供給される。なお、酸素ガスと原料混合ガスの割合は任意に選択することができる。
【００４１】
このように酸化物セラミックス膜８ｂの原料１５とキャリアガスの混合ガスと酸素ガスとの混合による原料混合ガスがノズル１８内に供給され、ヒーター２２ａを配した加熱装置２２で加熱された電極７の内面に、ノズルフード部１９に設置された多孔板２０から原料混合ガスが吹き付けられ、空気中の酸素と混合ガスが反応して電極７の内面に酸化物セラミックス膜８ｂが堆積する。
【００４２】
また、図４は図３のＣＶＤ装置のノズルおよびその近辺の断面を拡大して模式的に示す図であり、成膜時のより好適な方法の詳細を記載する。図４に示すように本実施の形態例に係るＣＶＤ装置のノズルはさらに多孔板２０より伸びる細管２１が取り付けられている。細管２１は電極７の径より細く作られており、電極７内に細管２１の一部を挿入しながら成膜することが可能であり、原料混合ガスを強制的に送入することができる。このような方法を取ることにより、放たれた原料混合ガスが電極内部で循環したあと外部へ排出していくため、電極の内面および縁部、特に内側面部分にも効率的に成膜が可能となる。なお、成膜不要の部分にはマスキングなどの処置を施せば良い。
【００４３】
また、多孔板２０に配置される細管２１は単数、複数何れであっても構わないが、複数本配置して成膜を行うことにより、一度に多くの電極への成膜が可能である。複数本配置して成膜を行う場合、ノズル１８内で気流差が発生し膜厚にムラが生じないように、細管２１を例えば直線上、同心円上等に均等な間隔に配置することが好ましい。また基材側である電極７の設置については、電極７の径より若干大きめの穴をあけた治具を準備し、そこに電極７を嵌めこむように設置して成膜を行えばよい。
【００４４】
このとき形成される酸化物セラミックス膜８ｂの厚みとしては、成膜することがさらなる陰極降下電圧を低減することに効果を示すため特に限定はしないが、１μｍ以上成膜することで、安定した電気特性向上の効果が見込め、さらには１０μｍ以上成膜することがより好ましい。これはプラズマ溶射膜で構成された酸化物セラミックス膜８ａと比較し、前記ＣＶＤ法により成膜された膜は、高緻密で平滑な膜であるため、その膜厚が薄く成膜されていても、同等の特性を得ることができるためである。
【００４５】
また、上記溶射法やＣＶＤ法の他、ゾルゲル法のようなディップコーティングによる方法で電極７の内面に酸化物セラミックス膜８を成膜しても良い。しかしながら、このような方法は１μｍ程度の膜厚を得るために数十回のコーティングが必要となるので、工業的なことを考慮した場合はやはり溶射法やＣＶＤ法における成膜が望ましい。
【００４６】
また使用される酸化物セラミックス膜８の原料としては、Ｙ２Ｏ３（酸化イットリウム）やＧｄ２Ｏ３（酸化ガドリニウム）、Ｙｂ２Ｏ３（酸化イッテルビウム）などからなる３Ａ族元素、Ａｌ２Ｏ３（酸化アルミニウム）、ＺｒＯ２（酸化ジルコニウム）、ＭｇＯ（酸化マグネシウム）などからなる酸化物より１種若しくは２種以上を混合物として使用するのが好適である。また、上記主成分以外の他成分が含まれていても構わない。ただし、このような他成分は、成膜された酸化物セラミックス膜８に対して悪影響を与えないものが好ましい。そのような他成分は不可避成分であり、例えばＳｉ、Ｎａ、Ｆｅ、Ｚｎ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｃａ、Ｍｎ、Ｔｉ、Ｋなどが挙げられる。
【００４７】
さらに酸化物セラミックス膜８の上には電極７の内面および縁部にＤＬＣ膜９が形成されている。低仕事関数で耐スパッタ性に優れるＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）膜を電極の最上層に形成することにより、放電による電極７へのスパッタリングの耐性が向上するので寿命を延ばすことが可能となる。さらに、最上層にＤＬＣ膜９を成膜したことにより、電気放出特性に優れる酸化物セラミックス膜８の脱粒や膜剥離などといった酸化物セラミックス膜８の崩れ防止や、酸化物セラミックス膜８と電極７の境目からのエッチング防止にもなるため、使用開始時とほぼ同様の初期特性を長時間維持することができる。
【００４８】
また、ＤＬＣ膜９は電極７の内面および縁部にのみ形成されているが、電極の外周部に膜がついていても構わない。ただし、封止ガラス５に膜が付かないことに注意する必要がある。これは冷陰極蛍光ランプ１を製造する際、ガラス管２と封止ガラス５との接着不良が発生するためである。
【００４９】
ＤＬＣ膜９の成膜方法としては特に限定はなく、プラズマＣＶＤ法や熱ＣＶＤ法、ＰＶＤ法など各種公知の方法で成膜すればよく、またその膜厚は、電極内の放電に影響がない程度であれば特に限定はしないが、その寿命や作製におけるコストといった工業的部分を考慮すると例えば０．１μｍ以上２μｍ以下程度成膜すれば、前記のような効果が期待でき好ましい。
【００５０】
上記方法を用いることにより、電極７に対し電子放出特性に優れる膜と耐スパッタ性に優れる膜とを適切に形成したことにより、陰極降下電圧の低減により冷陰極蛍光ランプの消費電力の低下、管壁温度の適正化による輝度の維持など点灯安定性が向上、および耐スパッタ性の向上による電極の長寿命化の向上を図ることが可能となる。
【実施例】
【００５１】
以下に本発明に係る一実施例を詳細に説明する。なお本発明は、以下に説明する実施例に何ら限定されるものではない。
【実施例１】
【００５２】
φ２．０ｍｍ、深さ５ｍｍのカップ形状のニッケル製電極を準備し、平均粒径３０μｍ、純度９９．０％で残部が不可避成分から成る酸化イットリウムを準備した。そして溶射装置として、一対のアノード（陽極）を有するトーチ型溶射装置、ツインアノード型溶射装置（エアロプラズマ社製・ＡＳＰ７１００）を使用し、上記ニッケル製電極の内底面部に膜厚１０００μｍの酸化イットリウム膜を成膜した。さらにイオンビーム蒸着法にてＤＬＣ膜を前記溶射膜の上から電極の内面および縁部に１μｍ成膜した。なお、実施例１において電極７には膜の密着性を向上するために成膜前にブラストにより表面処理を施している。
【実施例２】
【００５３】
上記実施例１における溶射膜部分を、図３記載のＣＶＤ装置及び図４記載の成膜ノズルを用いて電極７の内面および縁部に１０μｍ酸化イットリウム膜を成膜し、その上にＤＬＣ膜を成膜した。酸化イットリウムとしては、純度９９．６％のＹ（ＤＰＭ）３（トリス（ジピバロイルメタナト）イットリウム）を使用し、成膜条件としては窒素キャリアガス流量を１０リットル／ｍｉｎ、酸素ガス流量を１リットル／ｍｉｎ、Ｙ（ＤＰＭ）３の気化温度を２２０℃、基板の加熱温度を５００℃とした。
【実施例３】
【００５４】
上記実施例１の溶射膜とＤＬＣ膜との工程間に、実施例２と同様の方法を用いてＣＶＤ膜を電極７の内面および縁部に酸化イットリウム膜を成膜した。なお成膜条件、膜厚は実施例２と同様とした。
【００５５】
（比較例１）
実施例と同様のカップ形状のニッケル製電極を用意し、ニッケル製電極の内底部にのみ酸化イットリウム溶射膜を１０００μｍの膜厚で成膜を行った。
【００５６】
（比較例２）
実施例と同様のカップ形状のニッケル製電極を用意し、酸化物セラミックス膜は成膜せず、ＤＬＣ膜のみを１μｍの膜厚で成膜した。
【００５７】
（比較例３）
実施例と同様のカップ形状のニッケル製電極を用意したのみで、膜の成膜を行わなかった。
【００５８】
実施例および比較例で作製した電極を、φ４．０ｍｍ、長さ９００ｍｍの蛍光体皮膜層３が形成されたガラス管２を準備し、両端を封止ガラス５で封止するように電極７を配置し、冷陰極蛍光ランプ１を作製した。なお、ガラス管２内には、放電媒体４として、アルゴン及び水銀が封入されている。
【００５９】
次に、作製した冷陰極蛍光ランプ１の封止ガラス５より外部へ貫通するリード線６を介して、１０ｍＡ、１５ｍＡ、２０ｍＡの３水準で連続点灯試験を行った。また上記何れの場合もガス圧力は４０ｔｏｒｒとする。そのときの連続点灯試験１００ｈｒ経過後の管電流（ｍＡ）に対する管電圧（Ｖ）の関係を表１、また管電流（ｍＡ）に対する管壁温度（℃）の関係を表２に示す。
【００６０】
【表１】
【００６１】
【表２】
【００６２】
３水準何れの場合であっても、実施例における冷陰極蛍光ランプは５０００ｈｒ連続点灯を行っても、使用初期の９５％以上の輝度特性を維持した。これは、電子放出特性に優れる酸化物セラミックス膜が、管電圧を低下させ発光効率を向上し、さらに最上面に形成されたＤＬＣ膜がスパッタリングに対し耐性を示し、さらに下層に成膜される酸化物セラミックス膜を保護している結果である。
【００６３】
また、実施例１と実施例２及び３では管電圧が５０Ｖ、管壁温度が１５〜４５℃低い値を示した。これは膜質の違いや電極の内側面への成膜の有無が影響していると考えられる。
【００６４】
対して比較例１は２０００ｈｒを経過した辺りから輝度低下が見られ、３０００ｈｒ経過後に初期特性の８０％を切った。これは酸化物セラミックス膜のスパッタリングにより水銀が消耗したためである。また、比較例２はスパッタリングに対し耐性を示したものの、管電圧が高く、管壁温度も高くなり、輝度低下が見られた。比較例３については５００ｈｒ経過したところで電極の状態を確認したところ、電極の底面にスパッタリングによる穴が見られた。
【００６５】
また、管電流の上昇に伴い比較例の冷陰極蛍光ランプのガラス管壁には黒化が見られた。これはスパッタリングにより、管内の水銀が蛍光体表面に付着したものであるが、実施例の冷陰極蛍光ランプは、長時間の使用においてもガラス管の黒化は見られなかった。
【００６６】
以上のことから、カップ形状電極の内面に酸化物セラミックス膜を成膜し、さらに最上層にＤＬＣ膜を形成した構成を有する冷陰極蛍光ランプ用電極とすることにより、陰極降下電圧の低減による冷陰極蛍光ランプの消費電力の低下、管壁温度の適正化による輝度の維持など点灯安定性が向上する。また使用時における放電に対する電極へのスパッタリングに耐性が見込め、さらに、酸化物セラミックス膜の上にＤＬＣ膜を成膜することにより、酸化物セラミックス膜の脱粒や膜剥離などに対する防止効果も期待でき、長寿命化かつ安定した電子放出特性を有する冷陰極蛍光ランプ用電極を提供することが可能となった。
【符号の説明】
【００６７】
１ 冷陰極管蛍光ランプ
２ ガラス管
３ 蛍光体皮膜層
４ 放電媒体
５ 封止ガラス
６ リード線
７ 電極
８ 酸化物セラミックス膜
９ ＤＬＣ膜
１０ ＣＶＤ装置
１１ ガス供給部
１２ ガス流量計
１３ａ〜ｃ 配管
１４ 原料気化部
１５ 原料
１６ 酸素ガス供給部
１７ 酸素ガス流量計
１８ ノズル本体
１９ ノズルフード部
２０ 多孔板
２１ 成膜ノズル
２２ａ、Ｈ１〜Ｈ３ ヒーター
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内面に蛍光体皮膜層を有するガラス管内に放電媒体を封入し、前記ガラス管内に封入された一対のカップ形状の電極を備える冷陰極蛍光ランプであって、
前記カップ形状電極の内面に酸化物セラミックス膜を成膜し、さらにその最上層にＤＬＣ膜を形成したことを特徴とする冷陰極蛍光ランプ用電極。
【請求項２】
前記酸化物セラミックス膜は溶射法により前記カップ形状電極の内底面にのみ成膜することを特徴とする請求項１に記載の冷陰極蛍光ランプ用電極。
【請求項３】
前記酸化物セラミックス膜はＣＶＤ法により前記カップ形状電極の内面に成膜されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の冷陰極蛍光ランプ用電極。
【請求項４】
前記酸化物セラミックス膜は、Ｙ、Ｇｄ、Ｙｂより選択された希土類酸化物、Ａｌ、Ｚｒ、Ｍｇより選択された酸化物のうち１種、若しくは２種以上からなることを特徴とする請求項１〜３に記載の冷陰極蛍光ランプ用電極。
【請求項５】
内面に蛍光体皮膜層を有するガラス管内に放電媒体を封入し、前記ガラス管内に封入された一対のカップ形状の電極を備える冷陰極蛍光ランプであって、
前記カップ形状電極の内面をブラスト処理により粗面加工し、溶射法により前記カップ形状電極の内底面にのみ酸化物セラミックス膜を成膜し、さらにその上から前記カップ形状電極の内面にＤＬＣ膜を形成することを特徴とする冷陰極蛍光ランプ用電極の製造方法。
【請求項６】
内面に蛍光体皮膜層を有するガラス管内に放電媒体を封入し、前記ガラス管内に封入された一対のカップ形状の電極を備える冷陰極蛍光ランプであって、
ＣＶＤ法により前記カップ形状電極の内面に酸化物セラミックス膜を成膜し、さらにその上から前記カップ形状電極の内面にＤＬＣ膜を形成することを特徴とする冷陰極蛍光ランプ用電極の製造方法。
【請求項７】
内面に蛍光体皮膜層を有するガラス管内に放電媒体を封入し、前記ガラス管内に封入された一対のカップ形状の電極を備える冷陰極蛍光ランプであって、
前記カップ形状電極の内面をブラスト処理により粗面加工し、溶射法により前記カップ形状電極の内底面にのみ酸化物セラミックス膜を成膜し、さらにその上からＣＶＤ法により前記カップ形状電極の内面に酸化物セラミックス膜を成膜し、またさらにその上から前記カップ形状電極の内面にＤＬＣ膜を形成することを特徴とする冷陰極蛍光ランプ用電極の製造方法。
【請求項１】
内面に蛍光体皮膜層を有するガラス管内に放電媒体を封入し、前記ガラス管内に封入された一対のカップ形状の電極を備える冷陰極蛍光ランプであって、
前記カップ形状電極の内面に酸化物セラミックス膜を成膜し、さらにその最上層にＤＬＣ膜を形成したことを特徴とする冷陰極蛍光ランプ用電極。
【請求項２】
前記酸化物セラミックス膜は溶射法により前記カップ形状電極の内底面にのみ成膜することを特徴とする請求項１に記載の冷陰極蛍光ランプ用電極。
【請求項３】
前記酸化物セラミックス膜はＣＶＤ法により前記カップ形状電極の内面に成膜されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の冷陰極蛍光ランプ用電極。
【請求項４】
前記酸化物セラミックス膜は、Ｙ、Ｇｄ、Ｙｂより選択された希土類酸化物、Ａｌ、Ｚｒ、Ｍｇより選択された酸化物のうち１種、若しくは２種以上からなることを特徴とする請求項１〜３に記載の冷陰極蛍光ランプ用電極。
【請求項５】
内面に蛍光体皮膜層を有するガラス管内に放電媒体を封入し、前記ガラス管内に封入された一対のカップ形状の電極を備える冷陰極蛍光ランプであって、
前記カップ形状電極の内面をブラスト処理により粗面加工し、溶射法により前記カップ形状電極の内底面にのみ酸化物セラミックス膜を成膜し、さらにその上から前記カップ形状電極の内面にＤＬＣ膜を形成することを特徴とする冷陰極蛍光ランプ用電極の製造方法。
【請求項６】
内面に蛍光体皮膜層を有するガラス管内に放電媒体を封入し、前記ガラス管内に封入された一対のカップ形状の電極を備える冷陰極蛍光ランプであって、
ＣＶＤ法により前記カップ形状電極の内面に酸化物セラミックス膜を成膜し、さらにその上から前記カップ形状電極の内面にＤＬＣ膜を形成することを特徴とする冷陰極蛍光ランプ用電極の製造方法。
【請求項７】
内面に蛍光体皮膜層を有するガラス管内に放電媒体を封入し、前記ガラス管内に封入された一対のカップ形状の電極を備える冷陰極蛍光ランプであって、
前記カップ形状電極の内面をブラスト処理により粗面加工し、溶射法により前記カップ形状電極の内底面にのみ酸化物セラミックス膜を成膜し、さらにその上からＣＶＤ法により前記カップ形状電極の内面に酸化物セラミックス膜を成膜し、またさらにその上から前記カップ形状電極の内面にＤＬＣ膜を形成することを特徴とする冷陰極蛍光ランプ用電極の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１１−２２８２３２（Ｐ２０１１−２２８２３２Ａ）
【公開日】平成２３年１１月１０日（２０１１．１１．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１０６７４０（Ｐ２０１０−１０６７４０）
【出願日】平成２２年４月１５日（２０１０．４．１５）
【出願人】（３９１００５８２４）株式会社日本セラテック (200)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１１月１０日（２０１１．１１．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年４月１５日（２０１０．４．１５）
【出願人】（３９１００５８２４）株式会社日本セラテック (200)
【Ｆターム（参考）】
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