冷阴极荧光灯用电极的制作方法

专利名称：：冷阴极荧光灯用电极的制作方法冷阴极荧光灯用电极狱领域本发明涉及用于照明用光源或个人计算机的监视器、液晶电视、汽车导航系统用的液晶显示器等的背光源等中的冷阴极荧光灯，特别涉及适合于其中的冷阴极荧光灯用电极。
背景技术：
：如图I所示，冷阴极荧光灯iW^玻璃管1内两端配置有通过端子2与外部连接的电极3的结构，该玻璃管l的内面涂敷荧光体4，并且封入由稀有气体和微量汞构成的封入气体5而构成。向该两端的电极3施加高电场，在低压汞蒸气中产生辉光放电，使通过该放电激励的汞产生紫外线，并且通过该紫外线、W)玻璃管l内面的荧光体4使其发光。这里使用的电极,来采用能获得空心阴极效应的形成为有底圆筒状的电极。这种情况下，端子2通过fp焊等方式粘接于有底圆筒状电极3的底部。近年来，这种构造的冷阴极灯用作液晶显示器的背光源用光源，此外，最近，还适用于液晶电丰财B汽车导航系统的液晶显示器等，其需求越扩大。进而，虽然在一个产品中所使用的冷阴极荧光灯的根数在15英寸以下的液晶显示器等中大概为1根，但是棚于大Mim见器和电视时不能获得所需的離，因此可〗顿多根冷阴极荧光灯。由此，其需求急速扩大。虽然如上所述冷阴极荧光灯的需求正在扩大，但是在液晶显示器等的性能提高的要求中，对冷阴极荧光灯及其所使用的电极也要求了以下事项(1)根据产品的薄型化和轻量化的要求，冷阴极荧光灯也要求小径化，并且与此同时，电极也需要进一步的小型化，并需要优良的造形性。(2)液晶显示器等需要低功耗化，需敷令阴极荧光灯的高效率化。从灯的亮度与灯内径大致成反比例增加的角度考虑，除了需要推进小型化之外，还需要电丰跌用电子鄉性更高的材料，艮P功函数低且阴丰腿降低的材料。(3)在液晶显示器等中，每一根灯需要一台变换器。因此，如果冷阴极荧光灯高亮度化，则每一台液晶显示器所使用的灯的数量可以减少，同时可以降低成本。从这个观点考虑，也需要冷阴极荧光灯的高亮度化，还需要电t魏用阴极效应电压低的材料。(4)由于液晶显示器的产品寿命中冷阴极荧光灯的寿命成为主要原因，因此需要冷阴极荧光灯具有更长的寿命。因此，作为电极，希望釆用难以、TO的材料。(5)在液晶显示器等中，各审腊商之间的竞争激烈，即使满足述(1)(4)的特性，由于不能以高g来帝隨产品，因此希望价格尽量便宜。作为冷阴极荧光灯用的电极材料，以往一直使用容易加工的便宜的镍，但是镍电极存在以下问题当为了高亮度化而欲增加电子发射量使放电电流上升时，镍电极会因管内的气体离子而发生溅射，电极急剧消耗寿命缩短。此外，放电电流的上升导致功耗增加，由此也需要采用不同于镍的阴极压降更低的材料作为电极。另外，提出有在有底圆筒状镍电极的内周面上设置功函数比衛氐的物质层，增加电子发射量(例如参见日本专利公开平10-144255号公报和曰本专利公开2002-289138号公报)。但是，这种电极需要覆盖功函数低的物质层的工序，此外，由于电极的S^才魏因而容易损耗，尽管最^加大底部厚度而实现产品化的电极开始上市，但仍然满足不了，，要求事项。进而，作为功函数低并且不易溅射的高熔点金属，也正在尝^使用钼或钩作为电极材料。具体地说，使用钼作为电极材料的冷阴极荧光灯用电极^M过从钼的压延板进行冲切、深冲造形成有底圆筒状，由于熔点比镍高并且放电特性优良，因此满;^h述(1)(4)的要求。但是，钼的压延板容易出现各向异性、延展性差因而导致塑性加工困难，进而材料成品率不好因而导致高财，不能满足战(5)的要求。财卜，由于造形法的限制而只能获得圆筒部和底部的厚度比大概为l:2的产品，限制了形状的设计自由度。此外，采用钨作为电极，由于钨比较硬而且延展性差，因而不能进行深冲加工，所以实际上不能实现大量生产。此外，以测辦品的等级(testsamplelevel)用战钼或钩的压延板制成一端开口的有底圆筒皿的电极而进行放电试验可知，一部分电极在底部呈现可以认为是由Wt造成的大的破坏L。针对其原因进行研究发现，钼和钨为高熔点金属，在一端开口的有底圆筒m的电极中，汞蒸气难以到达电极底部，成为稀有气体放电而给电极施加高温热经历，通过这种高温热经历而产生被称为二次再结晶化的晶粒粗大化，财卜还发现，在这样呈现粗大化的晶粒的电极中，当放电电流上升时，尽管采用了高熔点金属，也容易发生由溅射引起的材料的飞散，从而发生了战的破坏。
发明内容为此，本发明的目的是鄉一种有底圆筒状的冷阴极荧光灯用电极，其即使在施加高温热经历的环境下，也可以防止被称为二次再结晶化的晶粒粗大化，提高用于高，化和低功耗化的放电特性、以,品寿命。本发明的冷阴极荧光灯用电极，其特征在于，整体组成是Mo:583质量%、以及剩余部分为不可避免的杂质和W，呈现出由含有W的Mo合金相和含有Mo的W合金相组成的斑状组织，并且密度比是8096%。财卜，在本发明的冷阴极荧光灯用电极中，雌整体乡M^含有mo且为5质ly。以下的Ni，进而，雌斑状组织的平均结晶粒径为310Min，最大结晶粒径为20,以下。根据本发明的冷阴极荧光灯用电极，il3K顿高熔点的钼及钩，不用说放电特性自然优良，而且还使钼和钨成为完全未合金化的状态，M形成由含有微细的W的Mo合金相和含有Mo的W合金相组成的斑状组织，即使在施加高温热经历的环境下，也可以抑制被称为二次再结晶化的晶粒粗大化，并防止伴随着放电电流的上升而发生溅射，由此，可以提高电极产品的寿命。图1是表示冷阴极荧光灯的结构的剖面图。图2A2F是，合igife制造本发明的冷阴极荧光灯用电极的填充工序、加压成形工序以及拔模工序的剖面图。图3A和3B是本发明的冷阴极荧光灯用电极的咅腼光学显微MW、片,图3A是晶粒生长试验前的照片，图3B是晶粒生长后的照片。图4A和4B是现有的冷阴极荧光灯用电极的咅腼光学显微^W、片，图4A是晶粒生长试验前的照片，图犯是晶粒生长i微后的照片。具体实施例方式在本发明的冷阴极荧光灯用电极中，通过i顿功函劍氏、^gjt以赚的高熔点的钼和钨构成不同组成的斑状组织，防止高温热经历引起的各个相的二次再结晶化而并不损失电极整体的功函数，通过烧结下述这样的原料，形成密度比为8096%、平均结晶粒径为310Mm、最大结晶粒径为20拜以下的、由含有微细的W的Mo合金相和含有Mo的W合金相组成的斑状组织。为了使本发明的冷阴极荧光灯用电极的整体会賊为Mo:583质量％、以凝除部分为不可避免的杂质和W，并成为由含有W的Mo合金相和含有Mo的W合金相舰的斑状组织，而i顿钼粉末及鸭粉末作为原料，舰在钩粉末中添加583质ly。的钼粉末的原料粉^a行烧结来获得。此时，在Mo量不到5质fir。的情况下，W合金相变得过多，缺少由Mo合金相抑制W晶粒粗大化的效果。另一方面，MoM^l83质ST。的情况下，Mo合金相变得过多，缺少由W合金相抑制Mo晶粒粗大化的皿。在平均结晶粒径舰10Mm、最大结晶粒径舰20拜盼瞎况下，由于各个相容易不均匀分布，故容易产生晶粒的二次再结晶。通过^ffi使作为原料使用的钼粉末及钩粉末的粒径为10以下的粉末就育^得到这样的微细晶粒。但是，作为原料粉末，由于粒径不到1拜的粉末容易啮入金属模的间隙中，所以作为原料粉末优选1,以上的粉末。此情况下烧结后得到的平均结晶粒径为3Mm左右。基于这些，作为平均晶粒优选为310Mm的范围。虽然通过烧结原料粉末就能够得到本发明的冷阴极荧光灯用电极，但此瞎况下，由于原料是金属粉末而形成具有气孔和凹凸的表面，与通过来自压延板的冲压及深冲来进行造型相比，表面积变大，其结果是电离效应变大。此外，由于在基底中残留的气U1过钉扎效应抑制晶粒的粗大化，所以也育滩得到防止於相二次再结晶化的效果。但是，当密度比舰％%时，烧结体中残留的气孔缺乏，而且由于独立气孔增加而使电离效应提高的效果不足，而且通过气孔来防止M相的二次再结晶化的效果不足，接近于通过来自压延板的冲切和深冲所造形的结构。另一方面，在密度比不到80%的情况下，电极的机械5驢明显变弱，在之后的灯制造工序中进行处理时容易发生破损。因此作为冷阴极荧光灯用电极，，密度比为8096%。在本发明中，通过含有少量的低熔点的镍，可以几乎不会降低电极的寿命和电极的放电特性地陶氏烧结、鹏，这是合适的。将镍以镍粉末的形式添力倒钼粉莉口钩粉末中是很简便的。即，由于以镍粉末的形鄉加的Ni比Mo和W的烙点低，因此烧结时熔融将钼粉末和鸨粉末表面浸湿并使表面活性化，促进粉末间窄路(neck)的形成和生长。越是增加镍粉末的添力瞻，就越能在低温下进行烧结，即使Mii添加0.4质量^左右使烧结，陶氐到1450。C左右，也兽镞获得密度比80%以上的电极，可以减少烧结工序所消耗的热能，并且也可以抑律ij炉的损耗。但是，如果冷阴极荧光灯用电极中的NiMffit5质量^，则在电极表面出现Ni浓度高的部分(富Ni相)，钼和钨的面积减少，使电子鄉性陶氐。因此，冷阴极荧光灯用电极中的Ni量必须超过0且为5质量X以下。如也可以使用向原料粉末中加入与用通常的模压法所加入的量相等或更多的粘合剂等的原料从而进行模压成型的方法，适当地ift行制造。下面，具体说明利用这种方法的制m:序。在如上所述的库i腊方法中，要求4顿微小的金属模，并使由钼粉末和鸽粉末构成的金属粉末在縱属模的间隙流动，因此，雌是向金属粉末中添加捶打金属粉末时的空隙率以上的粘合剂，并进行混匀。作为粘合剂6W加量，优选为40#^只％以上。如果粘合齐疆不到40#^只％，贝幅料的流动性不充分，不育腿行均匀的金属粉末的填充。另一方面，如果超过60#^只％地添加粘合剂，则后面的脱粘合剂工序需要的时间长，导致制造成本增加。此外，由于在成形体中含有过剩的粘合剂的量，反而不育继行金属粉末的均匀填充，并且脱粘合剂工序和烧结工序中的形状稳定性受损，容易发生模具变形。因此，粘合剂的添加量雌为4060柳％o更雌是这种粘合剂由热塑性树脂和蜡构成。热塑性树脂用于给原料赋予塑性，可以采用聚苯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚缩醛、聚乙烯醋酸乙烯酯等。添加蜡是为了防止原料特别是金属粉末和金属模(含有冲模(dies)和冲头(punch))之间的金属接触，以在加压成形时实现金属粉末的均匀流动，并且为了^>拔模时的成形体和金属模之间的摩,得容易拔模，可采用石蜡、尿，、棕榈蜡等。具有这种作用的热塑性树脂和蜡，如果以20:8060:40的范围来构成的话，便成为，的粘合剂。将上述粘合剂添加至油Jl^钼粉末和钩粉末构成的金属粉末中进行混匀而得到原料M。这种原料M是利用如图2A2F所示的金属丰魏鹏的。首先，将规定量的原料M填充到冲模14的模孔14a中之后(图2A)，如图2B和2C所示，使用形成电极^1形体的底部的第一冲头11、形成电极^形体的内径部的第二冲头12、以及给电极^g形体的开口端面加压的第三冲头13，将第一冲头11相对于冲模14固定，而且对第二冲头12加压以iUE入原料，并且一边利用第三冲头13对原料施加背压，一边使模孔14a内的原料成形。为了拔出所获得的电极^R^体15，首先，将第一冲头ll、第二冲头12和第三冲头13与电极微鹏体15—起从冲模14向上方拔出(图2D),然后，从电极^1M形体15向上方拔出第二冲头12(图2E)。接着，使第二第三冲头12、13上升并离开电，S^成形体15(图2F)。另外，图2B和2C中记载的是緒方通挪压成形，但是也可以j綠一冲头11上升并从W进行挤压。不过，在任何情况下，当利用第三冲头13给原料施加背压的同时成形时，都可以使电极^1形体的端部的高度均匀成形，并且原料的密度在成形体中也是均匀的，因此较为iM。在上述^工序中，由于必须^Ii料流动来填充微小的金属模的间隙，因此必须在给原料加压之前将原料加热至鹏合剂中包含的热塑性树脂的软化点以上的温度。如果不加热或者即使加热也是不到热塑性树脂的软化点的温度的话，则原料的流动性缺乏，原料不能均匀致密地填充微小的金属模的间隙。此外，更优选加热至i源料的流动性为最大的热塑性树脂的熔点以上的温度。这种加热可以M:在金属模内部设置加热器等，在将原料填充到金属模之后加热，也可以预先加热原料后再进行供给。如在一般的模压法中可以实现的那样，将原料作为某一程度大小的造粒粉末，采用il^料器■)等粉末供^S进行的填充方法鄉亍供给。但是，由于用于形成作为目标的冷阴极荧光灯用电极的挤压模的模孔是微小的，因此如g粒成适合于一般挤压成型法中使用的粉末供皿置的粉末大小时难以均匀致密地填充造粒粉末。另一方面，当减小造粒粉末的粒径时，原料粉末的流动性陶氏，难以调整到大小适当的造粒粉末。因此，雌是如图2A所示，事先将与一次填充量相当的量的原料汇聚成一个放入模孔中大小的小球(pellet),以小球为单位供给原料。财卜，在以小球为单位供给原料的情况下，由于即使预先加热原料也容易供给，所以从这一点考虑也是优选的。由于如上所述得到的电极^K形体含有4060体积％的粘合剂成分，所以为了除去粘合齐lj，将电极形状成形体加热到粘合剂成分的热分度，进行脱粘合剂工序。尽管粘合剂由热塑性树脂和蜡构成，但是当热塑性树脂和蜡的热分M^Pf銜的升^IiS较快时，热塑性树脂和蜡将急剧气化而膨胀，弓胞成形体的模具变形，因此必须至少在热塑性树脂和蜡的热，^^附皿行缓断温。从这一点考虑，m合剂工W^用两个阶段的加鄉持工序，即，作为第一阶段，暂时保持在蜡的升华皿附近，除去粘合剂成分中的蜡部分，之后作为第二阶段，再次保持在热塑性树脂的热爐温度附近，除去热塑性树脂部分。此外，由于伴随着热，逐渐产生气体，所以优选热塑性树脂和蜡配合热^ims不同的多种^ffl。在除去±^粘合剂之后的电极皿^体中，金属粉末相互间未扩散，处于金属未结合的状态，因此是极脆的。因此为了使金属粉末相互间发生金属扩散结合而进行烧结。烧结鹏在1500'C以上统。另外，在含有Ni的方式中，烧结、皿,在1450'C以上。在晓结工序中，作为金属粉末，如上所述^ffi微细且凹凸少的金属粉末，所以金属粉末的接触面积大，因ltUI过烧结容易进行致密化，在战、鹏下肖辦获得密度比为80%以上的致密烧结体。但是，在烧结^S低于上述皿范围下限时通过烧结实现的致密化不能进行，只肯封寻到低密度且S破低的烧结体。另一方面，当烧结SOT过i8(xrc时，由于炉损耗加居IJ，因此希望烧结^i:限为上述、M。在烧结环境中当含有氧或碳时会氧化或碳化金属粉末表面使得烧结难以进行，当含有氢时会使钼粉末吸隨而膨胀，因此必须采用不含有上述元素盼隋性气体或真空环境(减压环境)。此外，环境中，在压力为lMPa以上的减压环境的情况下，必须导入惰性气体作为载体气体以避^Jl述不良情况。实施例作为钼粉末、钩粉末及镍粉末，准备表1所示的粒径的样品。此外，作为粘合剂，制备按4:6的比例混合，醛(软化点ll(TC、熔点180'C)和石腊(软化点39'C、熔点61'C)的样品。将这些按表l所示的比例配合、混炼，调制原料，将其形成为小球。将此小球加热到20(TC，瓶供^f页先加热到140'C的金属模，进行压粉成形，在y鄉到40'C后拔出，制作出电极形^E粉体。将得到的压粉体加热到250'C，并保持60併中后，进一步升温，在450'C下保持60~120併中，进行脱粘合剂。接着，M气环境中，在表l所示的温度下保持605H巾，进行烧结。对得到的电极成形体，测定EPMA下的元素分析、密度比和咅晒光学显微ll^片下的平均结晶粒径。财卜，〗顿得到的电极形状成形体组装冷阴极荧光灯，在电极间距离100mm、封入的氩气压力100toir下，对用于得到6mA的放电电^^需的放电电ffiS行测定。进而，{顿电极^形体，在0.07toir氩气的压力下，以放电电压DC3kV、放电电流10mA、电极间距离50mm的斜牛对电极離5小时施力纖放电后，测定舰量(损縫)，以100%钼的电极的情况作为100的指,衍愤。另外，鹏指数是彰5成为趣B^t于溅射越良好的电极的指数。这些结果一并示于表l中。表l<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>进而，对于得到的电极^W:形体的i^斗编号05和09,输气环境中、在140(TC保持60120^H中，迸行晶粒生长i^。其剖面光学显微镜照片示于图3A、3B和图4A、犯中。另外，图3A、图4A是晶粒生长微前的照片，图3B和图4B是晶粒生长后的照片。表1的i^f斗编号0109的i^B[是研究整体组成中的Mo含量的影响的例子。在Mo含量不足5质量％的试料编号01及02的试料中，密度比为65%以下，未形駄发明规定的斑状组织，此外，放电电压也为舰430V的大的值，綱指数也为约85以上的高值。另一方面，Mo含M过83质量％的试料08及09中，平均结晶粒径变为15Mm以上，未形赫发明规定的斑^^且织，放电电压也为超过430V的大的值，溅射指数也为约90以上的高值。再有，从图3A、犯中未发现本发明的W4编号05中的结晶粒径的生长，与此相对，从图4A、4B中观观倒^F斗编号09中的结晶粒径的生长。基于这些结果，可确认出辦乡賊中Mo的含量为583质*%,育滩得到良好的放电特性，进而育滩抑制结晶粒径的粗大化。此外，在此范围下，用于得到6mA的放电电流的放电电压低为400410V左右，表现出良好的值，指数也表现为约80以下的良好的值。表1的i舒斗编号05及1013的，是研究钼粉末及钩粉末的粒径的影响的例子。在粒径为10Mm以下的试料编号05及1012的^l斗中，密度比、最大结晶粒径、放电电压及、M指数是良好的，与此相对，在粒径超过IOMm的|"编号13中却显示出，最大结晶粒径大到23拜，未得到微细的斑状组织，放电电压也变成411V的大值，而且指数也变成90的高值。基于这些结果，可确认出钼粉末及钩粉末的粒径在10拜以下，會辦得到的斑状组织，能够发挥良好的放电特性。Itt^卜，在此范围下，放电,低到400V左右，、W"指数也低到约80以下，表现出良好的值。表1的试料编号05及1418的，是研究,组成中的Ni含量的影响的例子。在Ni含量为5.0质lT。以下的i^斗编号1417的^f斗中，即使i舰结温度下降到1450。C,密度比、最大结晶粒径、放电电压及溅射指数也是良好的，与此相对，在Ni含im5.0质！T。的i舒斗编号18的i^l斗中，却是密度比为97%、最大结晶粒径变为15,、在斑状组织中形成富镍相，放电电压为460V、、鹏指数为108的高值。基于这些结果，可确认出，在整体组成中Ni的含魏过0且为5.0质量％以下的情况下，即使降低烧结、皿，也肖,得到微细的斑状组织，能够发挥良好的放电特性。财卜，在此范围下，用于得到6mA的放电电流的放电腿低到400V左右，鹏指数低至哟80以下，表现出良好的值。表1的试料编号05及1923的试料是研究密度比的影响的例子。在晓结温度为145(TC的试料编号19中，密度比为71%,放电电压为450V的大的值。另一方面，烧结温JOTil45(TC的试料编号05、2022中，密度比变为8096%,放电电压表现出400420V左右的良好的值，溅射指数也表现出约80以下的良好的值。财卜，在^^斗编号23中，密度比为98%，最大结晶粒径粗大化为50Mm，放电电压为435V、]"指数为90的大的值。基于这些结果，能够确认出密度比在8096%的范围内，育嫩发挥良好的放电特性。权利要求1.一种冷阴极荧光灯用电极，其特征在于，整体组成是Mo5～83质量％、以及剩余部分是不可避免的杂质和W，呈现出由含有W的Mo合金相和含有Mo的W合金相组成的斑状组织，并且密度比是80～96％。2.根据权利要求1所述的冷阴极荧光灯用电极，其特征在于，上述整体还含有超过0且为5质量％以下的Ni。3.根据权利要求l或2所述的冷阴极荧光灯用电极，其特征在于，战斑状组织的平均结晶粒径为310μm,最大结晶粒径为20μm以下。全文摘要本发明涉及冷阴极荧光灯用电极。设整体组成是Mo5～83质量％、以及剩余部分是不可避免的杂质和W，形成由含有W的Mo合金相和含有Mo的W合金相组成的斑状组织，使密度比是80～96％。文档编号H01J61/04GK101202200SQ20071030617公开日2008年6月18日申请日期2007年10月25日优先权日2006年10月25日发明者冈原正宏,多和靖展,斋藤恒成,村杉成俊,石井启,石岛善三申请人:日立粉末冶金株式会社;东京阴极研究所股份有限公司