冷阴极管用电极和使用该电极的冷阴极管及液晶显示装置.pdf

本发明的冷阴极管用电极(1)包括：筒状的侧壁部(2)、设置于所述侧壁部的一端的底部(3)、以及设置于所述侧壁部的另一端的开口部(4)。所述侧壁部及所述底部由钨构成。该钨具有沿着与所述侧壁部或所述底部的厚度方向大致垂直的方向延伸的纤维状晶体组织。所述侧壁部或所述底部的厚度T与所述纤维状晶体组织的所述厚度方向的平均宽度W满足如下关系式：0.003≤W/T≤0.07。

1.  一种冷阴极管用电极，包括筒状的侧壁部、设置于所述侧壁部的一端的底部、以及设置于所述侧壁部的另一端的开口部，选自所述侧壁部及所述底部的至少一部分主要由钨构成，其特征在于，
所述主要由钨构成的部分具有沿着与其厚度方向大致垂直的方向延伸的纤维状晶体组织，所述纤维状晶体组织满足如下条件：将所述厚度设为T、将所述纤维状晶体组织的所述厚度方向的平均宽度设为W时，0.003≤W/T≤0.07。

2.  如权利要求1所述的冷阴极管用电极，其特征在于，所述主要由钨构成的部分含有25ppm以上200ppm以下的钾。

3.  如权利要求1所述的冷阴极管用电极，其特征在于，所述主要由钨构成的部分含有25ppm以上100000ppm以下的电子发射物质。

4.  如权利要求3所述的冷阴极管用电极，其特征在于，所述电子发射物质是选自氧化钇、氧化钍、氧化镧、氧化铈、氧化锆及氧化铪的至少1种。

5.  如权利要求1所述的冷阴极管用电极，其特征在于，所述纤维状晶体组织的长边方向的长度为100μm以上。

6.  如权利要求1所述的冷阴极管用电极，其特征在于，所述主要由钨构成的部分的厚度T在0.05mm以上0.4mm以下的范围内。

7.  一种冷阴极管，其特征在于，包括：
封入有放电介质的管形透光性阀；
设置于所述管形透光性阀的内壁面上的荧光体层；以及
配设于所述管形透光性阀的两端部、并由权利要求1所述的冷阴极管用电极构成的一对电极。

8.  一种液晶显示装置，其特征在于，包括：
权利要求7所述的冷阴极管、
以邻近于所述冷阴极管的形态配置的导光体、
配置于所述导光体的一面侧的反射体、以及
配置于所述导光体的另一面侧的液晶显示面板。

冷阴极管用电极和使用该电极的冷阴极管及液晶显示装置
技术领域
本发明涉及冷阴极管用电极和使用该电极的冷阴极管及液晶显示装置。
背景技术
一直以来，使用冷阴极管作为液晶显示装置的背光源。用于该用途的冷阴极管不仅要求高亮度、高效率，还要求长寿命。例如，液晶电视要求超过60000小时的高寿命。而且，由于冷阴极管通过辉光放电开始放电，因此对于冷阴极管用电极，希望开发出放电开始更容易的材质。
作为液晶显示装置用背光源有用的冷阴极管具有如下结构：在内表面涂布有荧光体的玻璃管内填充有微量的水银及稀有气体，在该玻璃管的两端部安装有冷阴极管用电极及引入线(例如KOV+杜美丝(dumet wire))。上述冷阴极管中，通过对其两端的电极施加电压，使封入玻璃管内的水银蒸发，从而发出紫外线，荧光体吸收该紫外线并发光。
冷阴极管用电极的构成材料使用的是Ni、Ti、Al等比较容易加工的材料。但是，上述冷阴极管用电极由于从电极向放电空间发射电子，因此所需的阴极电压降较高，除此之外，还会由于所谓的溅射(sputtering)现象的发生而导致灯寿命容易降低。溅射现象是指在冷阴极管的点亮过程中电极受到离子的碰撞，电极物质飞散，飞散物质和水银等逐渐累积在玻璃管内壁面上的现象。
因溅射现象而形成的堆积层会吸收水银，使该水银无法用于发光，因此冷阴极管的亮度极度下降。通过减少上述溅射现象，可抑制水银的消耗，以相同的水银封入量实现长寿命。
为降低阴极电压降和抑制溅射现象，尝试了如下电极结构：将冷阴极管用电极制成有底的圆筒状，并且在其侧壁部设置切口(参照专利文献1)。该电极利用空心阴极效应产生降低阴极电压降和抑制溅射两种效果。
另一方面，提出了如下技术方案：在由钨等构成的筒状的冷阴极管用电极中，在将底部的厚度设为a、侧面部的厚度设为b时使a>b，并使用相对密度为80～98％的烧结体，藉此使电极的表面积增加(参照专利文献2)。进行了藉此使电子发射性物质的被覆量增加，使冷阴极管长寿命化的尝试。
冷阴极管用电极可通过改进其形状等来使其长寿命化。然而，以往的冷阴极管用电极尽管放电开始特性和寿命特性等有一定的提高，但要求进一步提高特性。此外，冷阴极管用电极是通过例如对金属板实施拉深加工来制造的。然而，以往的电极制造用的金属板具有如下问题：加工性优良的金属板的放电开始特性等差，而放电开始特性优良的金属板的加工性差。
专利文献1：日本专利特开2001-176445号公报
专利文献2：日本专利特开2004-178875号公报
发明内容
本发明的目的在于提供放电开始特性和寿命特性优良、且制造性优良的冷阴极管用电极。本发明的另一个目的在于提供使用上述冷阴极管用电极的冷阴极管及液晶显示装置。
本发明的冷阴极管用电极包括筒状的侧壁部、设置于所述侧壁部的一端的底部、以及设置于所述侧壁部的另一端的开口部，选自所述侧壁部及所述底部的至少一部分主要由钨构成，该电极的特征在于，所述主要由钨构成的部分具有沿着与其厚度方向大致垂直的方向延伸的纤维状晶体组织，所述纤维状晶体组织满足如下条件：将所述厚度设为T、将所述纤维状晶体组织的所述厚度方向的平均宽度设为W时，0.003≤W/T≤0.07。
本发明的冷阴极管的特征在于，包括：封入有放电介质的管形透光性阀，设置于所述管形透光性阀的内壁面上的荧光体层，以及配设于所述管形透光性阀的两端部、由本发明的冷阴极管用电极构成的一对电极。
本发明的液晶显示装置的特征在于，包括：本发明的冷阴极管，以邻近于所述冷阴极管的形态配置的导光体，配置于所述导光体的一面侧的反射体，以及配置于所述导光体的另一面侧的液晶显示面板。
附图的简单说明
图1是表示本发明的实施方式中的冷阴极管用电极的剖视图。
图2是表示本发明的另一个实施方式中的冷阴极管用电极的剖视图。
图3是放大表示实施方式中的冷阴极管用电极的一部分的剖视图。
图4是用于说明纤维状晶体组织的纤维长度的剖视图。
图5是表示溅射产额的测定结果的图。
图6是表示弯折次数的测定结果的图。
图7是表示钾的含量与功函数的关系的图。
图8是表示电子发射物质的含量与功函数的关系的图。
图9是表示本发明的实施方式中的冷阴极管的剖视图。
图10是表示本发明的实施方式中的液晶显示装置的剖视图。
符号说明
1…冷阴极管用电极，2…侧壁部，3…底部，4…开口部，5…引入线，6…玻璃珠，20…冷阴极管，21…管形透光性阀，22…荧光体层，30…液晶显示装置，31…液晶显示面板，32…扩散板，33…导光体，34…反射体，35…冷阴极管用反射体，C…纤维状晶体组织。
实施发明的最佳方式
下面，对用于实施本发明的方式进行说明。本发明的实施方式中的冷阴极管用电极包括筒状的侧壁部、设置于侧壁部的一端的底部、以及设置于侧壁部的另一端的开口部，选自侧壁部及底部的至少一部分主要由钨构成。主要由钨构成的部分具有沿着与其厚度方向大致垂直的方向延伸的纤维状晶体组织。而且，纤维状晶体组织满足如下条件：将主要由钨构成的部分的厚度设为T、将纤维状晶体组织的该厚度T方向的平均宽度设为W时，0.003≤W/T≤0.07。
图1表示本发明的实施方式中的冷阴极管用电极的结构。图1所示的冷阴极管用电极1包括筒状的侧壁部2、设置于侧壁部2的一端的底部3、以及设置于侧壁部2的另一端的开口部4。直线J是通过冷阴极管用电极1的中心轴的轴线。冷阴极管用电极1上例如可以接合有棒状的引入线5，引入线5上还可以设置有玻璃珠6。
图2表示本发明的另一个实施方式中的冷阴极管用电极。图2所示的冷阴极管用电极1与图1所示的冷阴极管用电极1同样地包括筒状的侧壁部2、设置于侧壁部2的一端的底部3、以及设置于侧壁部2的另一端的开口部4。图2所示的冷阴极管用电极1与图1所示的冷阴极管用电极1不同，具有使侧壁部2的截面直径朝底部3的方向缩小的构造。此外，底部3插入有引入线5的一部分，引入线5构成底部3的一部分。
图1及图2所示的冷阴极管用电极1中，选自侧壁部2及底部3的至少一部分由钨材料构成。作为钨材料，可使用单体钨，或使用含有钾或电子发射物质的钨。由钨材料构成的部分具有沿着与其厚度T的方向大致垂直的方向延伸的纤维状晶体组织。图3是放大表示由钨材料构成的部分的剖视图。图3中，上表面为侧壁部2或底面3的内表面1i，下表面为侧壁部2或底部3的外表面1e。内表面1i和外表面1e之间的距离为厚度T，该厚度T的方向为本发明所规定的厚度方向。
由钨材料构成的部分具有纤维状晶体组织C。纤维状晶体组织C由许多纤维状的晶粒c₁、c₂、c₃、……、c_n的集合体构成。纤维状晶体组织C沿着与厚度T方向大致垂直的方向延伸。在此，大致垂直是指相对于厚度T的方向，晶体组织的纤维方向为90°±5°的纤维状组织有90％以上的状态。
冷阴极管用电极1中，只要选自侧壁部2及底部3的至少一部分由钨的纤维状晶体组织C构成即可。如图1所示，侧壁部2和底部3原本为两个部分的情况下，较好的是至少侧壁部2由钨的纤维状晶体组织C构成。如图2所示，侧壁部2和底部3原本为一体(除引入线5以外)的情况下，较好的是侧壁部2及底部3全部由钨的纤维状晶体组织C构成。
钨的纤维状晶体组织C只要沿着与厚度T的方向垂直的方向延伸即可。侧壁部2中，钨的纤维状晶体组织C既可以沿着轴线J延伸，也可以沿着与轴线J正交的方向、即侧壁部2的圆周方向延伸。
钨的纤维状晶体组织C满足如下条件：将该部分的厚度设为T、将纤维状晶体组织C的厚度T方向的平均宽度设为W时，0.003≤W/T≤0.07。在此，T和W的单位均为[mm]。平均宽度W如下所述表示：如图3所示，在纤维状晶体组织C的长边方向的截面上，将纤维状晶粒c₁、c₂、c₃、……、c_n各自的厚度T方向的宽度分别设为w₁、w₂、w₃、……、w_n时，W＝(w₁+w₂+w₃+……+w_n)/n。
平均宽度W较好的是通过测定内表面1i和外表面1e之间所包括的全部纤维状晶粒c₁、c₂、c₃、……、c_n的宽度w₁、w₂、w₃、……、w_n来算出。但是，通常可在厚度T方向上的任意范围(50μm左右)内测定纤维状晶粒的宽度，将对这些宽度进行平均而得的值视作上述平均宽度W。即使是在将对厚度50μm左右的范围进行测定并平均而得的值视作平均宽度W的情况下，厚度T仍为内表面1i和外表面1e之间的距离。
本实施方式的冷阴极管用电极1的选自侧壁部2及底部3的至少一部分由钨的纤维状晶体组织C构成，且该部分的厚度T与纤维状晶体组织C的平均宽度W之间满足规定的关系。藉此，可抑制因溅射现象而导致的电极1的损耗等，使其长寿命化，还可提高电极1的制造性，使其更为廉价。
即，冷阴极管用电极1设置于冷阴极管内进行使用。由于因封入冷阴极管内的Ne—Ar气的电离而产生的Ar⁺离子等带电粒子的碰撞，电极发生溅射而损耗。因溅射而导致的电极的损耗发生于晶界附近，因此由晶界较多的材料构成的电极的因溅射而导致的损耗较大。
电极的晶体组织为等轴组织的情况下，由于晶界较多，因此因溅射而导致的损耗较大。本实施方式的冷阴极管用电极1的晶体组织为纤维状晶体组织C，因此与等轴组织相比可减少晶界。因此，因溅射而导致的损耗被抑制。通过用纤维状晶体组织C构成冷阴极管用电极1，与等轴组织相比还可提高特定方向上的机械强度。藉此，可抑制因制造冷阴极管用电极1时的弯折和拉拔等塑性加工而引起的裂纹的产生。
即使是由纤维状晶体组织C构成的冷阴极管用电极1，在W/T不到0.003的情况下，相对于厚度T的纤维状晶体组织C的平均宽度W过小。因此，晶界的量增加，因溅射而导致的损耗增多。本实施方式中，增大了纤维状晶体组织C的平均宽度W，使W/T达到0.003以上。藉此，减少了晶界的量，抑制了因溅射而导致的损耗。冷阴极管用电极1长寿命化。
通过增大纤维状晶体组织C的平均宽度W，减少晶界的量，可抑制因溅射而导致的损耗。但是，如果W/T超过0.07，则纤维状晶体组织C的平均宽度W过大，加工性下降，制造时易产生裂纹。因此，对纤维状晶体组织C的平均宽度W进行控制，使W/T成为0.07以下。藉此，可提高冷阴极管用电极1的制造时的加工性。
冷阴极管用电极1的厚度T较好为0.05mm以上0.40mm以下。如果厚度T不足0.05mm，则强度不足，制造时易产生裂纹。而且，安装于冷阴极管内使用时，因溅射而引起的损耗会导致电极1上容易产生孔等。如果厚度T超过0.40mm，则冷阴极管用电极1的内侧的表面积减少，无法充分地获得降低工作电压的效果。
图4将图3的一部分放大表示。如图4所示，将纤维状晶体组织C的长边方向的长度(纤维长度)设为L时，纤维长度L的平均值较好为100μm以上。如果纤维长度L的平均值为100μm以上，则晶界的量减少，因溅射而导致的损耗也减少。纤维长度L的平均值的上限无特别限制，L的平均值越大，则晶界的量越少，因溅射而导致的损耗也越少，因此较佳。
具有钨的纤维状晶体组织C的部分较好的是含有选自钾及电子发射物质的至少1种。作为电子发射物质，可使用选自氧化钇、氧化钍、氧化镧、氧化铈、氧化锆及氧化铪的至少1种。它们可单独使用，也可2种以上并用。钾和电子发射物质可降低功函数，使电子发射更容易，存在于晶界中的钾和电子发射物质还可抑制晶粒的成长。
在含有钾和电子发射物质的情况下，较好的是使钨中分别含有25ppm(质量比)以上的钾和电子发射物质。另外，不必同时含有25ppm以上的钾和电子发射物质，只要含有25ppm以上的钾和电子发射物质中的至少一种即可。
如果钾或电子发射物质的含量不足25ppm，则功函数的下降不够，因此无法充分地提高电子发射特性。为使W/T处在规定的范围内，纤维状晶体组织C的纤维长度L需要有一定的长度，但如果钾或电子发射物质的含量少，则纤维状晶体组织C的纤维长度L很难达到足够的长度。不论是钾和电子发射物质中的哪一种，通过使其含有25ppm以上，可使电子发射变得容易，还可使W/T处在规定的范围内。
如果钾或电子发射物质的含量过多，则在制造冷阴极管用电极1的过程中进行塑性加工时容易成为微小裂纹的起点。因此，钾的含量较好为200ppm以下。电子发射物质的含量较好为100000ppm(10质量％)以下。
冷阴极管用电极1的长度、即从底部3的外表面到开口部4的长度根据用于安装冷阴极管用电极1的冷阴极管的尺寸和性能而存在一定的差异，但一般为3mm以上8mm以下，较好为4mm以上7mm以下。另外，底部3具有突起部时，从该突起部的端部到开口部4的长度为冷阴极管用电极1的长度。
冷阴极管用电极1的直径也根据用于安装该冷阴极管用电极1的冷阴极管的尺寸和性能而存在一定的差异，但一般为1.0mm以上3.0mm以下，较好为1.3mm以上2.7mm以下。冷阴极管用电极1的长度与直径之比(长度/直径)一般为2以上3以下，较好为2.2以上2.8以下。
接着，对本实施方式的冷阴极管用电极1的制造方法进行说明。下面，以具有图2所示形状的冷阴极管用电极1的制造方法为主进行说明。首先，调制用于制造冷阴极管用电极1的钨粉末，或调制添加有钾或电子发射物质的钨粉末。
作为钨粉末的调制方法，例如可例举利用氢还原法将粉末钨酸铵(APT)制成钨氧化物，将钾或电子发射物质(氧化钇等)的水溶液混入其中，之后将混合物还原的方法。作为其它的调制方法，可例举将钨粉末和钾或电子发射物质的粉末加入同一个罐中、然后搅拌混合的方法。钨粉末的调制方法无特别限制，可从湿式或干式的调制方法中适当地选择使用。
接着，将钨粉末加压成形，并例如在氢气气氛中以2000℃×1小时的条件进行烧结。将所得的钨烧结体加工成板状，制成钨带。板状加工例如通过将旋锻、拉丝、轧制等塑性加工和为了控制结晶和消除应力而进行的退火加工交替地组合来进行。将塑性加工和退火加工适当组合，使得将钨烧结体最初的截面积设为100％时，钨烧结体的截面积为1.0％以下(断面收缩率为99.0％以上)，较好为0.4％以下(断面收缩率为99.6％以上)。
塑性加工较好的是在700℃以上1500℃以下的温度条件下进行。退火加工较好的是在1400℃以上2400℃以下的温度范围内进行。塑性加工和退火加工较好的是分别进行2次以上。上述加工工序更好的是通过反复施行在进行塑性加工后进行退火加工的操作来实施。通过反复进行塑性加工和退火加工，可将钨带的晶体组织制成沿着与其厚度方向大致垂直的方向延伸的纤维状晶体组织，且满足0.003≤W/T≤0.07的条件。
另外，此处的T为钨带的厚度，W为钨带中的纤维状晶体组织在该厚度方向上的平均宽度。如下所述，用钨带制成冷阴极管用电极1的侧壁部2时，钨带的厚度T相当于冷阴极管用电极1的侧壁部2的厚度T，钨带中的纤维状晶体组织的平均宽度W相当于侧壁部2中的纤维状晶体组织C的平均宽度W。
将上述钨带切割成规定的长度，例如将其端部相互重叠，从而制造作为侧壁部2的筒状部分。然后，将作为引入线5的杜美棒插入筒状部分的一方的端部，将该端部铆接接合，从而制作冷阴极管用电极1。将钨带制成筒状的侧壁部2时，钨带的相对的2组边中，即可将与纤维状晶体组织的长边方向垂直的方向的两端部的边相互重叠，反之，也可将钨带的纤维状晶体组织的长边方向的两端部的边相互重叠。
在此，以制造图2所示的冷阴极管用电极1的情况为例对本发明的冷阴极管用电极1的制造方法进行说明。制造如图1所示的冷阴极管用电极1时，在将钨带加工成筒状后，将作为底部3的金属板接合于筒状部分的一方的端部，将作为引入线5的杜美棒接合于该金属板。
接着，基于试验结果对将W/T设定在规定范围内时的效果、以及向钨中添加了钾或电子发射物质时的效果进行说明。另外，以下试验针对在冷阴极管用电极1的制造中使用的钨带来进行，T表示钨带的厚度，W表示钨带中的纤维状晶体组织在该厚度方向上的平均宽度。
钨带的厚度T相当于冷阴极管用电极1的具有纤维状晶体组织C的部分的厚度，钨带中的纤维状晶体组织的平均宽度W相当于冷阴极管用电极1的纤维状晶体组织C的平均宽度W。钨带的试验结果可等同地视作冷阴极管用电极1的试验结果。
(溅射产额的测定)
制作W/T不同的钨带，进行溅射产额的测定。利用氢还原法将粉末钨酸铵(APT)制成钨的氧化物，将钾的水溶液与其混合后，将该混合物还原，从而调制成钨带的制作中使用的钨粉末。钾的添加量调整为使最终制成的钨带中的含量(质量比)为50ppm。
将钨粉末加压成形后，在氢气气氛中以2000℃×1小时的条件进行烧结。然后，对所得的钨烧结体交替地反复实施轧制加工和退火加工。藉此制成具有沿着与厚度方向大致垂直的方向延伸的纤维状晶体组织、厚度T为定值0.15mm、W/T不同的多条钨带。通过调整轧制加工的加工率和退火加工的条件(温度和时间)来调整W/T。
溅射产额基于成膜于Si基板上的膜厚来测定。即，采用溅射装置，将基板—靶材(钨带)间的距离设为100mm，将背压设为1×10^-4Pa，将输出功率设为200W，将Ar流量设为20sccm，将溅射时间设为5min，测定堆积膜的膜厚。测定结果示于表1及图5。
[表1]