KR100354724B1

KR100354724B1 - 유전성 임피디드 전극을 가진 방전램프

Info

Publication number: KR100354724B1
Application number: KR1020007001573A
Authority: KR
Inventors: 미하엘 세이볼트; 미하엘 일머; 앙겔라 에버하르트
Original assignee: 파텐트-트로이한트-게젤샤프트 퓌어 엘렉트리쉐 글뤼람펜 엠베하
Priority date: 1998-06-16
Filing date: 1999-05-11
Publication date: 2002-09-30
Also published as: DE19826808A1; CA2300124C; WO1999066537A3; HU224573B1; JP2002518811A; EP1004137B1; EP1004137A2; WO1999066537A2; HUP0004305A3; HUP0004305A2; KR20010022965A; DE59914720D1; US6469435B1; JP3568898B2; CA2300124A1; TW428208B; DE19826808C2

Abstract

본 발명은 유전적을 차단된 방전으로 동작하고 방전관 벽상에 위치하는 전극을 포함하는 방전램프에 관한 것이다. 이러한 램프는 적어도 전극의 일부이고 선택적으로 방전관의 일부이기도 한 적어도 하나의 전극층을 포함한다. 발광 및/또는 반사층이 적어도 하나의 전극층상에 위치한다. 본 발명에 따르면, 발광 및/또는 반사층의 바로 하부에 위치하는 적어도 하나의 유전체층은 유리 땜납 특히, 소결된 비트로세라믹 재료로 구성되고, 이러한 재료의 점성은 온도에 대해 비가역적이다. 이는 유전체층이 제조동안 다시 용융되는 것을 방지하고, 이에 따라 유전체층상에 위치하는 다공성 반사 및/또는 발광층이 균열되는 것이 방지된다.

Description

유전성 임피디드 전극을 가진 방전램프 {DISCHARGE LAMP WITH DIELECTRICALLY IMPEDED ELECTRODES}

"방전램프"라는 용어는 여기서는 기체 방전에 기초한 전자기 방사선 소스를 일컷는다. 이 경우 방사선의 스텍트럼은 가시 범위, UV(자외선)/VUV(진공 자외선) 범위 및 IR(적외선) 범위를 가진다. 게다가, 인광체층 또한 비가시 방사선을 가시 방사선으로 변환하기 위해 제공된다.

핵심은 소위 유전성 임피디드(dielectrically impeded) 전극을 가진 방전램프에 관한 것이다. 유전성 임피디드 전극은 전형적으로 적어도 일부가 방전관의 내벽에 위치하는 얇은 금속 스트립 형태로 제조된다. 이러한 내벽 전극의 적어도 일부는 유전체 배리어층에 의해 방전관의 내부로부터 완전히 밀폐된다.

단일 극성을 가진 전극-바람직하게는 애노드-만이 유전체 배리어층에 의해 덮인다면, 바람직한 단극 동작에서 소위 유전성 임피디드 방전이 형성된다. 하지만, 모든 전극 즉, 쌍극성을 가진 전극이 유전체 배리어층으로 덮인다면, 단극 및 쌍극 동작시 양쪽에서 유전성 임피디드 방전이 형성된다.

유전체 배리어층상에서 그리고 일반적으로 방전관의 내벽의 다른 모든 부분상에서, 적어도 하나의 다른 기능층 예를 들면, 인광체 또는 인광체 혼합물 및/또는 가시 방사선(광) 및/또는 UV 방사선을 반사시키는 하나 또는 그 이상의 층이 제공된다. 반사층의 목적은 가시광을 제어된 방식으로 즉, 램프의 특성 우선(preferred) 방향으로만 전달되도록 하는 것이다.

방전관의 기하학적 형상에는 어떠한 특정 제한도 없다. 예를 들면, 튜브형 또는 평면형 방전관이 일반적이고, 평면형인 경우에는 소위 액정 디스플레이(LCD)의 백-라이팅용 평면형 램프로서 적합하다.

반사층 및 인광체층 모두에 대한 시작 재료는 초기에는 적절한 그레인(grain) 크기를 가진 분말 형태이다. 이러한 분말은 램프의 내벽 또는 미리 제공된 다른 기능층 예를 들면, 전극과 유전체 배리어층에 대해 한정된 층 두께를 가진 일반적으로 유기질 바인더와 혼합된 현탁액으로서 제공된다. 현탁액의 점성을 통해 제어되는 반사층 또는 인광체층의 두께는 각각 코팅 처리된다. 건조 및 가열 이후, 반사층 및/또는 인광체층은 다공성 분말층의 형태이다.

인광체층 두께 이외에, 반사층 및/또는 인광체층의 균일성 뿐만 아니라 층 두께가 증가됨에 따라 감소하는 기계적 본딩 강도 또한 UV광을 가시광으로 변환시킬 때 최적 변환을 얻기 위한 중요 조건이다.

유전체 배리어층은 일반적으로 유리 프릿(frit) 바람직하게는, 납 보로실리케이트 유리(Pb-B-Si-O)로 구성된다.

당업자라면 방전램프의 방전관은 전형적으로 유리 또는 반투명 세라믹으로 구성되며, 이들 모두 비도전성을 가진 재료라는 것을 알 수 있을 것이다. 실질적으로 각각이 평면 베이스 유리, 유사 전면 유리 및 선택적인 프레임으로 구성된 방전관을 가진 평면형 램프의 경우, 베이스 유리는 유리 프릿 바람직하게는 Pb-B-Si-O로 구성되는 소위 땜납 에지부를 가진다. 이러한 땜납 에지부의 용도는 방전관의 구성요소(베이스 유리, 프레임, 전면 유리)를 조립동안 진공-기밀 방식으로 본딩하는 것이다. 이러한 조립은 땜납 에지부가 한정된 정도로 "용융" 되도록 즉, 한정된 점성에 도달하도록 열처리하는 것을 포함한다.

반사층 및/또는 인광체층은 일반적으로 이러한 조립 동안 제공된다. 이 때문에, 땜납 에지부에 추가하여 유전체 배리어층 또한 조립 온도에서 낮은 점성으로 돌아간다. 상부에 위치하는 다공성 반사층 및/또는 인광체층이 유전체 배리어층내에서 "이동"에 의해 차례로 마모된다("얼름-부빙(ice-floe) 형성"). 이에 대한 이유는 다공성 층이 어떠한 응집력도 없고 이에 따라 손상없이 이러한 이동과 맞물릴 수 없으며, 대신에 유전체 배리어층내로 마모되고 및/또는 심지어 부분적으로 가라앉기 때문이다. 반사층 및/또는 인광체층의 균일성은 없어지고 이는 광 손실을 야기한다. 게다가, 이러한 "얼음-부빙"은 예를 들면, 평면형 램프의 발광측상에서 광-밀도 불균일성으로 램프 동작동안 명확하게 식별된다.

본 발명은 청구항 1의 전제부에 따른 방전램프에 관한 것이다.

도 1a은 베이스플레이트상에 위치하는 전극을 가진 본 발명에 따른 평면형 방전램프의 부분 절단된 평면도의 개략 대표도.

도 1b는 도 1a의 평면형 램프의 측면도의 개략 대표도.

도 1c는 선 AA를 따라 절취한 도 1a의 평면형 램프의 부분 단면 대표도.

도 2는 선 AA를 따라 절취한 도 1a의 평면형 램프의 변형의 부분 단면 대표도.

본 발명의 목적은 상기한 문제점을 방지하고 동질성의 관점에서 개선된 인광체층 및/또는 반사층을 가진 청구항 1의 전제부에 따른 방전램프를 제공하는 것이다.

이러한 목적은 청구항의 특징부에 의해 이루어진다. 특히 바람직한 개선예가 종속항에 개시되어 있다.

본 발명에 따르면, 방전램프의 인광체층 또는 반사층의 하부에 실질적으로직접 위치하는 층은 온도 함수로서 비가역적인 점성 변화를 가진 유리 땜납으로 구성된다. 이러한 특징은 이하에서 상세히 설명된다. 간략함을 위해, 이러한 층은 이하에서 "지지층" 또는 "얼음-부빙 형성 방지층"으로 불린다.

본 명세서에서, 방전램프의 인광체층 또는 반사층의 바로 하부는 "지지층"과 다공성 인광체층 또는 반사층 사이에 어떠한 다른 층이 가능한 한 존재하지 않는다는 것 또는 기껏해야 매우 얇게 존재한다는 것을 의미한다. 이러한 추가층의 가능한 최대 두께는 램프가 가열될 때(가열, 조립 과정 등) 바로 상부에 위치하는 다공성 인광체층 또는 반사층이 추가층의 연화로 인한 과도한 "이동"의 결과로서 마모되지 않도록 해야 한다는 조건을 나타낸다. 제조 및 조성에 따라, 추가층의 두께는 100㎛, 바람직하게는 50㎛, 전형적으로 10㎛, 이상적으로는 5㎛를 초과해서는 안된다. 하지만, "지지층"은 인광체층 또는 반사층의 바로 하부에 즉, "지지층"과 인광체층 또는 반사층 사이에 어떠한 추가층도 없이 위치하는 것이 바람직하다.

이러한 "지지층"(얼음-부빙 방지층")은 방전에 대해 유전체 방해물로서의 역할을 하는 실제 배리어층 또는 한편으로는 유전체 배리어층과 또한편으로는 인광체층 사이에 위치하는 인터층(interlayer)에 의해 형성된다.

이러한 인터층은 적어도 유전체 배리어층의 모든 부분을 덮어야 하고, "전체-표면"에 제공될 수도 있다. 본 발명에 따른 효과를 위해, 이러한 "지지" 인터층의 두께가 대략 10㎛ 이상이면 충분한 것으로 판명되었다. 전형적으로 페이스트 형태인 시스템이 분무, 투여, 롤러 응용, 스크린 또는 스텐실 인쇄와 같은 표준 방법을 사용하여 제공된다.

유전체 배리어층은 (단측면 및 양측면 유전체 방해물에 대한) 개별 전극에 스트립 형태인 경우와 -양측 유전성 임피디드 방전의 경우- 모든 내벽 전극을 덮는 단일 연속 배리어층에 의해 "전체-표면"에 제공될 수 있다. 배리어층의 적절한 두께의 선택은 실질적으로 물리적 방전 조건에 의해 결정되고 전형적으로 10㎛ 내지 수 백㎛, 특히 50㎛ 내지 200㎛, 전형적으로 80㎛ 내지 180㎛이다. 게다가, -양측 유전성 임피디드 방전의 경우- 애노드 또는 캐소드용 배리어층의 두께는 다르게 선택될 수도 있다. 바람직하게는, 단극 펄스 동작에서(WO94/23442), 애노드용 배리어층은 같을 수도 있지만 캐소드용 배리어층보다는 두껍다.

제 1 방법의 장점 즉, 유전체 배리어층이 "지지층"과 동시에 설계된다는 것은, 실질적으로 어떠한 추가의 제조 또는 인쇄 단계가 필요하지 않다는 것이다. 다른 한편으로는, 추가의 인터층을 가진 방법은 유전체 배리어층에 대한 합리적인 재료 선택에 대해 특히, 방전 효과 유전체 및 유전 특성의 견지에서 추가의 자유도를 제공한다.

본 발명에 대한 좀 더 명확한 이해를 위해, 다공성 층을 위한 지지 유리층으로서 일반적으로 사용된 유리 땜납의 특성이 가장 먼저 설명된다. 일반적으로, Pb-B-Si-O 유리의 경우에도 온도가 증가함에 따라 점성은 감소한다. 이러한 특성은 투명성 제거가 발생될 정도로 온도가 높지 않은 한은 재생가능하다. 재생 가능하다는 것은 유리가 한정된 점성으로 가지고 연화(softening)되는 온도 범위가 반복 하에서도 일정하다는 것을 의미한다 즉, 해당하는 종래의 냉각 이후의 경우에도 그러하다.

반대로, 본 발명에 따라 제안된 유리 땜납은 이러한 특성을 나타내지 않는다. 대신에, 온도의 함수로서의 이들의 점성 변화는 비가역적이다. 이 경우, 점성은 실질적으로 온도가 증가함에 따라 초기에는 감소한다. 그러나, 다음으로 -추가의 증가 온도를 가진 경우에도- 점성내의 증가가 한번 더 발생한다.

온도 함수로서의 점성의 이러한 변화는 특히, 실제로 특히 공지된 결정화 유리 땜납에 의해 나타내지고, 방전램프의 인광체층 또는 반사층 바로 하부에 위치하는 층으로서 이들을 사용하는 것이 본 발명에 따라 제안된다. 상술된 점성은 일정하게 증가하거나 또는 온도 증가가 결정화 과정의 개시에 의해 유리 땜납을 결정화하도록 한다. 한정된 온도 프로필(profile)을 사용하여, 결정 성장 뿐만 아니라 상(phase) 조성과 결정 크기 또한 조절된다. 이러한 방식으로 얻어진 소위 소결된 유리 세라믹이 다음의 열처리동안 전형적으로 대략 50-100℃ 또는 그 이상의 온도가 될 때까지는 연화되지는 않는다.

이는 조립 온도에서 고체인 즉, 매우 높은 점성을 가진 "지지층"을 얻기 위한 조건을 충족시키고, 여기에 다공성 층이 인쇄될 수 있다. 이러한 소결된 유리 세라믹 층의 사용으로 연속 방사층 및/또는 인광체 층이 특히, 조립 과정 이후 얻어진다.

비스머스 보로실리케이트(Bi-B-Si-O)는 특히 적합한 결정화 유리 땜납인 것으로 판명되었다. 적합한 결정화 유리 땜납의 다른 예는 아연 비스머스 보로실리케이트 유리(Zn-Bi-B-Si-O) 및 아연 보로실리케이트 유리(Zn-B-Si-O)를 포함한다.

비가역적인 점성/온도 특성을 가진 특정 혼합 땜납으로부터 우수한 결과가 얻어진다.

본 발명은 이하에서 여러 예시된 실시예를 참조로 상세히 설명된다.

도 1a, 도 1b는 및 도 1c는 동작동안 백색광을 방출하는 평면형 인광체 램프의 선 AA를 따라 절취한 평면도, 측면도 및 부분 단면도를 각각 도시하는 대표도이다. LCD(액정 디스플레이)용 백-라이팅으로서 설계된다.

평면형 램프(1)는 직사각형 베이스 표면을 가진 평면형 방전관(2), 4개의 스트립형 금속 캐소드(-)(3, 4) 및 애노드(+)(5, 6)로 구성되고, 이들 애노드중 세 개는 가늘고 긴 이중 애노드(5)와 두 개의 스트립형 애노드(6)로서 설계된다. 이러한 부품으로, 방전관(2)은 베이스 플레이트(7), 전면 플레이트(8) 및 프레임(9)으로 구성된다. 베이스 플레이트(7)와 전면 플레이트(8)는 각각 유리 땜납(10)에 의해 프레임(9)에 밀봉 본딩되어, 방전관(2)의 내부(11)가 큐빅형을 가지도록 한다. 베이스 플레이트(7)는 전면 플레이트(8)보다 커서, 방전관(2)이 그 주위를 연장하는 자유 에지부를 가지도록 한다. 전면 플레이트(8)의 절단부는 예시만을 위한 것으로 캐소드(3, 4)와 애노드(5, 6)의 부분도를 도시한다.

캐소드(3, 4)와 애노드(5, 6)는 베이스 플레이트(7)의 내벽상에 교대로 평행하게 위치한다. 애노드(5, 6)와 캐소드(3, 4)는 각각 자신들의 단부중 하나에서 연장하여 베이스 플레이트(7)상의 양 측면상의 방전관(2)의 내부(11)로 이어진다. 베이스 플레이트(7)의 에지부상에서, 전극 스트립(3, 4, 5, 6)은 각각 캐소드-면(13) 또는 애노드-면(14) 버스형 외부 전원에 결합된다. 두 개의 외부 전원(13, 14)은 전력원(도시 안됨)에 접속하기 위한 접촉부로서 사용된다.

방전관(2)의 내부(11)에서, 전극(3-6)은 Bi-B-Si-O(도 1c와 비교)로 구성된 소결된 유리 세라믹 층(61)으로 완전히 덮이고, 두께는 대략 250㎛이다. 한편, 이러한 층은 "얼음-부빙 형성"을 방지한다. 또한편으로, 소결된 유리 세라믹 층(61)은 동시에 모든 전극(3-6)에 대한 유전체 배리어층과 같은 역할을 한다. 그러므로, 이는 양측 유전체 방해물이 된다. 대략 4㎛의 두께를 가진 TiO₂로 구성된 반사층(62)이 소결된 세라믹층(61)상에 제공된다. 차례로 반사층(62)상에 그리고 전면 플레이트(8)의 내벽상에, 인광체 혼합층(63)이 (간략함을 위해 도 1a에는 도시되지 않은 층, 도 1c와 비교) 제공되고, 이는 방전에 의해 발생된 UV/VUV 방사선을 가시 백색광으로 변환시킨다. 이는 청색 성분 BAM(BaMgAl₁₀O₁₇:Eu²⁺), 녹색 성분 LAP(LaPO₄:[Tb³⁺, Ce³⁺]) 및 적색 성분 YOB([Y, Gd]BO₃:Eu³⁺)를 가진 3-밴드(band) 인광체이다. 인광체 혼합물 층(63)의 두께는 대략 30㎛이다.

피드-스루와 외부 전원(13, 14)을 구비하는 전극(3-6)은 각각 연속 캐소드-면 또는 애노드-면 도전체-트랙 층형 구조물로서 설계된다. 이러한 두 개의 층형 구조물 및 -유전체 배리어층(61), 반사층(62) 및 인광체층(63)-과 같은 다른 기능층이 스크린 인쇄 기술에 의해 베이스 플레이트(7)와 전면 플레이트(8)에 제공된다.

층(61-63)이 제공된 이후에, 베이스 플레이트(7)가 프레임(9)에 용융(fuse)되고, 프레임은 다시 전면 플레이트(8)에 용융되고, 각각의 경우는 유리 땜납(10)에 의해 용융되어 완전한 평면형 램프(10)를 형성한다. 조립 과정은 예를 들면, 진공 오븐내에서 수행된다. 방전관의 부품이 함께 용융되기 전에, 평면형 램프(1)의 내부(11)가 10kPa의 충진 압력에서 크세논으로 충진된다.

각각의 애노드 쌍(5)의 두 개의 애노드 스트립(5a, 5b)은 평면형 램프(1)의 두 개의 에지부(15, 16) 방향으로 확장되며, 이러한 방향은 전극 스트립(3-6)에 수직한 방향 명확하게는 개별 파트너 스트립(5a, 5b)의 방향으로만 비대칭으로 확장된다. 각각의 애노드 쌍(5)의 두 개의 스트립 사이의 최대 거리는 4mm이고, 최소 거리는 대략 3mm이다. 두 개의 개별 애노드 스트립(6)은 각각 전극 스트립(3-6)에 평행한 평면형 램프(1)의 두 개의 에지부(17, 18)에 매우 인접하여 위치한다.

캐소드 스트립(3, 4)은 개별 인접 애노드(5, 6)와 마주하는 코모양 반구형 돌출부(19)를 가진다. 이는 전기장의 국부적으로 한정된 증폭을 야기하고, 결과적으로 WO94/23442에 따른 동작시 형성된 델타형 개별 방전(도 1a에는 도시 안됨)이 이러한 점에만 고정되도록 한다. 돌출부(19)와 각각의 직접 인접하는 애노드 스트립 사이의 거리는 대략 6mm이다. 반구형 돌출부(19)의 반경은 대략 2mm이다.

도 2는 선 AA를 따라 절취한 도 1a내 평면형 램프의 변형의 부분 단면 대표도이다. 동일한 형상부에 대해 동일한 도면부호가 부여된다. 도 1c의 대표도와는 대조적으로, 추가의 12㎛ 두께의 Bi-B-Si-O로 구성된 인터층(64)이 이 경우 유전체 배리어층(61')과 반사층(62) 사이에 위치한다. 유전체 배리어층(61')은 여기서는 납 보로실리케이트 유리로 구성된다. "얼음-부빙 형성"을 방지하는 결정화층이 인터층(64)에 의해 대체된다.

일 변형으로(도시 안됨), Al₂O₃로 구성된 다른 반사층이 TiO₂층과 인광체층 사이에 위치한다. 반사 효과는 이러한 방식으로 개선된다. Al₂O₃층의 두께는 대략 5㎛이다.

본 발명의 범위내에서, 본 발명의 바람직한 효과를 손상시킴 없이 추가층 및 층 배열이 가능하다. 핵심은 온도 함수로서의 점성 변화가 비가역적인 유전체층이고, 이에 따라 "얼음-부빙 형성"이 인광체층 또는 반사층("지지층")의 하부에 바로 위치하는 것을 방지한다.

이러한 점에서, 도 1c와 도 2에 개략적으로 도시된 층은 베이스 플레이트의 전체 표면 상부에서 확장될 필요는 없다는 것을 주목한다. 필요한 모든 것은 적어도 관련 전극이 각각의 경우 해당 층으로 완전하게 덮이는 것이다. 단측 유전체 방해물의 경우, 하나의 극성을 가진 전극만이 바람직하게는 애노드가 "지지용" 유전체층으로 덮인다.

게다가, 도 1c와 도 2에 간략한 방식으로 도시된 바와 같이, 개별층은 전체적으로 평면일 필요는 없다. 대신에, 개별층 특히, 매우 얇은 층은 실제로 본질적으로 균일하지 않다. 이는 하나 이상의 층이 전극보다 얇을 때이고, 이로써 층이 전극을 가진 베이스 플레이트의 표면 형상을 재생가능케 한다.

다른 예시적인 실시예(도시 안됨)은 튜브형 개구 램프를 포함한다. 방전관의 다른 형상과는 별도로, 도 1의 평면형 램프와의 주된 차이점은 변형된 방전관 형상으로 설계된 제조 과정에 있다. 특히, 인광체는 이 경우 현탁액에 의해 내벽 또는 이전에 배치된 기능층에 제공된다. 개별 기능층의 주요 결과 및 기능 특히, "얼음-부빙 형성"을 방지하는 "지지층"의 본 발명의 효과는 도 1의 효과에 해당한다.

Claims

적어도 부분적으로 부도체 재료로 구성된 방전관(2);

상기 방전관(2)의 벽(7)상에 위치하는 전극(3-6);

상기 전극(3-6)의 적어도 일부와 선택적으로 상기 방전관 벽(7)을 덮는 적어도 하나의 유전체층(61; 64); 및

상기 적어도 하나의 유전체층(61; 64)을 덮은 인광체층(63) 및/또는 반사층(62)을 포함하는 유전성 임피디드 방전에 의해 동작하는 방전램프(1)에 있어서,

상기 인광체층 또는 반사층(62)의 바로 하부에 위치하는 상기 적어도 하나의 유전체층(61; 64)은 온도 함수로서의 점성 변화가 비가역적인 유리 땜납으로 구성되는 것을 특징으로 하는 방전램프.
제 1 항에 있어서, 상기 유리 땜납(61; 64)의 반복되는 가열하에서의 연화 온도는 제 1 용융 단계에서의 유리 땜납의 연화 온도보다 50 내지 100℃ 높은 것을 특징으로 하는 방전램프.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 유리 땜납(61; 64)은 결정화 유리 땜납(소결된 유리 세라믹)으로 구성되는 것을 특징으로 하는 방전램프.
제 3 항에 있어서, 상기 소결된 유리 땜납(61; 64)은 Bi-B-Si-O로 구성되는 것을 특징으로 하는 방전램프.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 유리 땜납(61; 64)은 비가역적인 점성/온도 특성을 가진 혼합 유리 땜납으로 구성되는 것을 특징으로 하는 방전램프.