KR100369308B1 - 평판형 형광램프 및 그 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 평판형 형광램프에 관한 것으로, 침상전극을 편면배치하고 형광체층을 양면에 배치한 평판형 형광램프와 그 제조방법에 관한 것이다.

본 발명에 의한 평판형 형광램프는 전면 유리기판과 그 이면에 도포된 전면 형광체층으로 이루어진 전면부와, 후면 유리기판과 그 표면에 백색반사판, 침상전극, 절연체층 및 형광체층이 차례로 적층되어 이루어진 후면부가 지지대에 의해 접합되고, 그 사이에 형성된 방전공간에 순도 99.9%이상의 Ar 또는 Xe을 충전하여 구성된다.

이때, 침상전극, 절연체층 및 형광체층은 페이스트의 형태로하여 후막인쇄법에 의해 성막되어 지는 방법에 의해 배치된다.

본 발명에 의한 평판형 형광램프를 사용하면, 종래의 평판형 형광램프에 비하여 휘도와 휘도균일도가 높고, 소비전력과 방전개시전압은 낮으면서 수명은 긴 효과를 얻을 수 있을 뿐 아니라, 기존의 도광판을 생략할 수 있으므로 후면광원으로서의 제조단가를 절감할 수 있으며, 박형화가 가능한 효과도 얻을 수 있다. 따라서, 본 발명에 의한 평판형 형광램프를 액정표시장치의 후면광원으로 사용한 경우에, 기존의 냉음극 형광램프를 후면광원 유닛으로 사용하는 경우보다 화면 밝기가 2배이상으로 향상되며, 프리즘 등을 사용하지 않으므로 가시각이 2배이상 넓어지는 개선 효과를 얻을 수 있다.

Description

평판형 형광램프 및 그 제조 방법{Flat fluorescent lamp and its manufacturing method}

본 발명은 평판형 형광램프 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 편면배치된 침상전극과 양면에 형광체층을 가진 것을 특징으로 하는 평판형 형광램프와, 후막인쇄법을 이용하여 상기 평판형 형광램프를 제조하는 제조방법에 관한 것이다.

평판형 형광램프(FFL)의 주요 이용분야로서 액정표시장치(LCD)의 후면 광원을 들 수 있다. 일반적으로, 액정 표시장치(LCD)는 크게 비발광형으로서 주위광을 이용하는 반사형과 후면 광원을 이용하는 투과형으로 구분되며, 투과형 액정표시장치는 후면 광원으로서 사용 목적에 따라 냉음극 형광램프(CCFL) 또는 분산형 EL 등이 선택적으로 사용되고 있다. 그러나 상기 냉음극 형광램프와 분산형 EL 등의 종래 후면 광원은 휘도가 낮고 가시각이 좁다는 문제점이 있다.

따라서, 근래에는 평판형 형광램프를 후면 광원으로 적용하려는 시도가 있는데, 이는 평판형 형광램프가 높은 휘도와 높은 균일성 및 긴 수명을 가지는 특성을 갖고 있기 때문이다. 결과적으로, 평판형 형광램프가 차세대 액정 표시장치의 후면 광원으로 크게 기대되고 있는 실정이다.

평판형 형광램프에 관한 종래 기술로는, 대향전극 배치의 평판형 형광램프(일본공개특허 昭62-19353)와 선상 전극을 편면 배치한 면방전형 평판형 형광램프(일본공개특허 平8-124524)가 개시되어 있다.

도1 은 대향 전극배치의 평판형 형광램프(일본공개특허 昭62-19353)의 구조를 도시한 단면도이다. 도1 에서의 평판형 형광램프는 크게 전면부(1)와 후면부(2)로 나누어 구성되고, 상기 전면부(1)는 전면 유리기판(3), 투명 전극층(4), 투명 유전체층(5), 전면 형광체층(6)이 차례로 적층되어 구성되고, 상기 후면부(2)는 후면 유리기판(7), 전극층(8), 투명 유전체층(9), 후면 형광체층(10)이 차례로 적층되어 구성되어 있다. 상기 전면부(1)와 후면부(2)는 지지대(11)에 의해 접합되어, 상기 지지대(11)와 상기 전면 형광체층(6)과 후면 형광체층(10)으로 둘러싸인 방전공간(12)이 형성되고, 상기 방전공간에 불활성가스를 충전하여 이루어 진다.

상기 대향 전극배치의 평판형 형광램프는 전면부 및 후면부에 형광층을 배치함으로써, 방전시 방출되는 자외선을 효율적으로 가시광선으로 변환시키는 특징이 있다. 그러나, 가스 방전시 발생되는 전자와 정이온이 형광체에 직접 충돌하게 되기 때문에, 이들 전자와 정이온에 의한 형광체층의 스퍼터링(sputtering)에 의해 형광램프의 수명이 짧아지고, 휘도균일도가 저하되는 문제점이 있다.

도2 는 선상전극을 편면 배치한 면방전형 평판형 형광램프(일본공개특허 平8-124524)의 구조를 도시한 단면도이다. 도2 에서의 평판형 형광램프 또한 크게 전면부(13)와 후면부(14)로 나누어 구성되고, 상기 전면부(13)는 전면 유리기판(15), 형광체층(16)이 차례로 적층되어 구성되고, 상기 후면부(14)는 후면 유리기판(17), 선상전극(18), 상기 선상전극을 절연하기위한 절연체층(19), 방전 개시전압을 낮추기 위한 유전체층(20)이 차례로 적층되어 구성된다. 상기전면부(1)와 후면부(2)는 지지대(11)에 의해 접합되어, 상기 지지대(11)와 상기 전면 형광체층(6)과 후면 형광체층(10)으로 둘러싸인 방전공간(12)이 형성되고, 상기 방전공간에 불활성가스를 충전하여 이루어 진다.

상기 선상전극을 편면 배치한 면방전형 평판형 형광램프는 상기 도1 에서의 평판형 형광램프와는 달리 전극을 편면에 배치한다. 이러한 선상전극의 편면배치에서는 전자와 정이온이 형광체층에 직접 충돌하지 않기 때문에, 형광체층 및 전극층의 스퍼터링이 방지되어 램프의 수명을 길게 할 수 있는 특징이 있다. 그러나, 전면부에만 형광체층이 도포되기 때문에, 자외선 이용 효율이 낮아서 휘도가 떨어진다는 문제점이 있을뿐 아니라, 선상전극을 사용하기 때문에 점등전압이 높고 소비전력이 크다는 문제도 있다.

상기의 문제를 해결하기 위해, 본 발명은 침상 전극을 편면 배치함과 동시에 전면부, 후면부의 방전 용기측 양면에 형광체층을 배치하여 수명이 길면서 휘도의 균일성도 향상되고 침상전극을 사용함으로써 점등전압과 소비전력을 저감하는 평판형 형광램프를 제공한다.

아울러, 본 발명은 침상전극, 절연체층 및 형광체층을 페이스트화함으로써 후막인쇄법에 의한 상기 평판형 형광램프의 제조방법을 제공한다.

도1 은 종래의 대향전극 배치의 평판형 형광램프를 설명하기 위한 단면도이고,

도2 는 종래의 선상전극 구조의 편면배치를 갖는 평판형 형광램프를 설명하기 위한 단면도이며,

도3 은 본 발명에 의한 평판형 형광램프를 설명하기 위한 단면도이고,

도 4는 본 발명에 의한 평판형 형광램프의 실시예를 도시한 사시도이다.

< 도면부호의 간단한 설명 >

1, 13, 23...전면부, 2, 14, 24...후면부,

3, 15, 25...전면 유리기판, 4...투명전극층,

5, 9...투명유전체층, 6, 26...전면 형광체층,

7, 17, 32...후면 유리기판, 8...전극층,

10, 31...후면 형광체층, 11, 21, 33...지지대,

12, 22, 30...방전 공간, 16...형광체층

18...선상전극, 19, 29...절연체층,

20...유전체층, 27.....백색반사판,

28.....침상전극, 34.....배기구.

상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 의한 평판형 형광램프는 전면 유리기판에 전면 형광체층을 배치하여 전면부를 구성하고, 후면 유리기판에 백색반사판을 접합시키고, 그 위에 침상전극을 편면 배치하고, 전극간의 절연을 위해 절연체층을 그 위에 도포한 후, 상기 절연체층 위에 후면 형광체층을 배치하여 후면부를 구성한다. 상기 전면부와 후면부를 지지대를 사이에 두고 접합하는데, 이 때 지지대에 배기구를 설치하여, 지지대와 전면부 및 후면부로 둘러싸인 방전공간에 불활성가스를 충전한 후 가열하여 봉입한다. 이로써, 전극을 편면에 배치하면서도 형광체층은 전면부와 후면부의 양면에 배치하여 수명이 길면서 휘도 균일성도 향상되고, 침상전극을 사용함으로써 점등전압과 소비전력을 저감하는 평판형 형광램프를 제공할 수 있다.

이때, 상기 침상전극은 Ni, Ag, Cu, 및 Au 중 어느 하나를 페이스트화하여 이를 재료로 하고, 상기 형광체층은 Zn₂SiO₄:Mn와 같은 녹색형광체와 BaMgAl₁₄O₂₃:Eu²⁺와 같은 청색 형광체와 (Y,Gd)BO₃:Eu와 같은 적색 형광체를 혼합하여 제조된 백색 발광 형광체와 유기물 수지계 바인더를 혼합한 페이스트를 그 재료로 하며, 절연체층은 BaTiO₃, Y₂O₃와 같은 고유전율 무기계 미분과 유기물 수지계 바인더를 혼합한 페이스트를 그 재료로 한다.

상기 침상전극, 형광체층 및 절연체층을 페이스트로 한 경우에, 상기 평판형 형광램프를 제조함에 있어서, 후막인쇄법을 이용한다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.

도3 은 본 발명에 의한 평판형 형광램프를 설명하기 위한 단면도이다. 도3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 평판형 형광램프는 크게 전면부(23)와후면부(24)로 구성되는데, 전면부(23)는 전면 유리기판(25)에 전면 형광체층(26)이 배치되고, 후면부는 후면 유리기판(32)에 백색반사판(27)이 설치되고, 상기 백색반사판위에 침상전극(28)이 편면 배치되고, 상기 침상전극위에 절연체층(29)이 도포되면, 상기 절연체층위에 후면 형광체층(31)이 배치되어 구성된다. 상기 전면부와 후면부는 지지대(33)에의해 일정한 간격을 두고 접합되어, 그 사이에 방전공간(30)이 형성되고, 지지대(33)에 설치된 배기구(34)를 통해 상기 방전공간에 불활성가스를 주입하고, 상기 배기구를 가열하여 밀봉한다.

상기 형광체층(26, 31)은 녹색 발광 형광체 Zn₂SiO₄:Mn, 청색 발광 형광체 BaMgAl₁₄O₂₃:Eu²⁺, 적색 발광 형광체 (Y,Gd)BO₃:Eu을 색좌표법에 근거하여 혼합하여 백색 형광체를 제조하고, 백색 형광체와 유기물 수지계 바인더를 1:2의 중량비율로 혼합된 페이스트를 전면부의 전면 형광체층(26)은 5∼10㎛의 두께가 되도록 성막하고, 후면부의 후면 형광체층(31)은 10∼30㎛의 두께로 성막하여 배치한다.

상기 침상전극은 후면 유리기판(32)의 백색 반사판(27) 위에 Ni, Ag, Cu, Au 등의 도전성을 갖는 페이스트를 침상 구조로 편면 배치하고, 1∼2㎛의 두께가 되도록 배치한다.

상기 절연체층은 상기 침상전극을 절연시키고, 방전 유지 전압을 낮추기 위해서 높은 유전율을 갖는 BaTiO₃, Y₂O₃의 절연체와 유기물 수지계 바인더가 1:2의 중량비율로 혼합된 페이스트를 20∼40㎛의 두께가 되도록 성막하여 배치한다.

상기와 같이 구성된 전면부(23)와 후면부(24) 사이의 거리를 일정하게(바람직하게는 0.5∼2mm) 유지될 수 있도록 스페이스를 내부에 배치하고, 전면부(23) 및 후면부(24)의 가장자리를 액체유리(frit glass)를 수회 반복 도포하고 560℃에서 소성하여 지지대(33)의 높이를 0.5∼2mm의 두께가 되도록 접합시킨다.

상기 지지대의 측면에는 유리관으로된 배기구(34)를 배치하고 배기구(34)을 통하여 10^-6Torr까지 방전 용기(30)를 진공상태로 만들고 순도 99.9%이상의 Xe, Ar과 같은 불활성 가스를 100∼500Torr가 되도록 주입한 후, 배기구(34)를 가열하여 밀봉한다.

상기와 같이 구성된 평판형 형광램프에 주파수 50∼80kHz를 갖는 교류 전압을 인가하면, 방전공간(30)내에 주입된 불활성 가스는 147nm, 172nm의 자외선을 발생시키고, 이들 자외선은 상기 전면부(23)와 후면부(24)에 배치된 형광체층(26, 31)의 형광체를 여기시켜, 백색광을 상기 전면부(23)쪽으로 방사하게 된다.

도4 는 본 발명에 의한 평판형 형광램프의 실시예를 도시한 사시도이다.

본 발명에 의한 대각선 15 inch 크기를 갖는 평판형 형광램프를 제조하여 사용한 결과, 소비 전력은 30W이하였고, 휘도는 최고 10,000cd/m2로 도1 과 도2 에서의 종래 평판형 형광램프보다 높았다. 또한, 휘도균일도는 95%을 보였고 방전개시전압은 800 V_rms로 낮았으며, 수명은 50,000시간이었다.

본 발명에 의한 평판형 형광램프와 종래 기술에 의한 평판형 형광램프의 성능 시험을 행한 결과, 아래 표1 과 같은 결과를 얻었다.

	종래 기술에 의한 경우	본 발명에 의한 경우
방전개시전압(Vrms)	1400	800
방전유지전압(Vrms)	500	450
휘도균일도(%)	90이상	95이상
휘도(cd/m2)	4,700	10,000
수명(hrs)	10,000(초기휘도의 50%)	50,000(초기휘도의 80%)

상기 한 바와 같이, 본 발명에 의한 평판형 형광램프의 경우에는 종래의 평판형 형광램프에 비해 방전개시전압은 낮고, 방전유지전압 또한 낮으면서, 휘도균일도는 더 높게 된다. 또한, 휘도는 거의 두배이상으로 향상되며, 초기휘도의 80%를 유지하면서도 수명은 50,000시간에 달한다.

상기와 같이, 본 발명에 의한 평판형 형광램프는 종래의 평판형 형광램프에 비하여 휘도와 휘도균일도가 높고, 소비전력과 방전개시전압은 낮으면서 수명은 긴 특징을 가지고 있다. 따라서, 본 발명에 의한 평판형 형광램프를 액정표시장치의 후면광원으로 사용한 경우에, 기존의 냉음극 형광램프를 후면광원 유닛로 사용하는 경우보다 화면 밝기가 2배이상으로 향상되며, 프리즘 등을 사용하지 않으므로 가시각이 2배이상 넓어지는 개선 효과를 얻을 수 있다.

게다가, 기존의 도광판을 생략할 수 있으므로 후면광원으로서의 제조단가를 절감할 수 있으며, 박형화가 가능한 효과도 얻을 수 있다.

Claims (6)

1. 평판형 형광램프에 있어서,

   전면 유리기판과 상기 전면 유리기판의 이면에 도포된 전면 형광체층으로 구성된 전면부와;

   후면 유리기판과 백색반사판을 구비하고, 일정한 폭을 가진 평행선의 양측으로 소정 간격으로 돌기부가 형성된 침상전극이 상기 백색반사판의 표면에 배치되며, 상기 침상전극 위에 절연체층와 후면 형광체층이 차례로 도포되어 구성된 후면부와;

   지지대를 사이에 두고, 상기 전면 형광체층과 후면 형광체층이 마주보도록 접합하여 방전공간을 형성하고, 상기 방전공간에 불활성가스를 충전하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 평판형 형광램프.
2. 제1 항에 있어서,

   상기 침상전극은 Ni, Ag, Cu, 및 Au 중 어느 하나의 페이스트로 구성되어지는 것을 특징으로 하는 평판형 형광램프.
3. 제1 항에 있어서,

   상기 절연체층은 BaTiO₃, Y₂O₃와 같은 고유전율 무기계 미분과 유기물 수지계 바인더가 혼합된 페이스트로 구성되어지는 것을 특징으로 하는 평판형 형광램프.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 형광체층은 Zn₂SiO₄:Mn와 같은 녹색형광체와, BaMgAl₁₄O₂₃:Eu²⁺와 같은 청색 형광체와, (Y,Gd)BO₃:Eu와 같은 적색 형광체를 혼합하여 제조된 백색 발광 형광체와 유기물 수지계 바인더를 혼합한 페이스트로 구성되어지는 것을 특징으로 하는 평판형 형광램프.
5. 제1 항에 있어서,

   상기 방전공간내에 충전되는 상기 불활성가스는 순도 99.9%이상의 Xe, Ar 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 평판형 형광램프.
6. 제1 항 내지 제5 항 중 어느 한 항에 의한 평판형 형광램프를 제조하는 평판형 형광램프 제조방법에 있어서,

   전면 유리기판의 이면에, Zn₂SiO₄:Mn와 같은 녹색형광체와 BaMgAl₁₄O₂₃:Eu²⁺와 같은 청색 형광체와 (Y,Gd)BO₃:Eu와 같은 적색 형광체를 혼합하여 제조된 백색 발광 형광체와 유기물 수지계 바인더를 혼합한 페이스트를 후막인쇄법으로 성막함으로써 전면 형광체층을 형성하는 단계와;

   후면 유리기판에 백색반사판을 형성하고, 상기 백색반사판 위에 Ni, Ag, Cu, Au 페이스트를 후막인쇄법으로 성막함으로써 일정한 폭을 가진 평행선의 양측으로 소정 간격으로 돌기부가 형성된 침상전극을 형성하는 단계와;

   상기 침상전극 위에 BaTiO₃, Y₂O₃와 같은 고유전율 무기계 미분과 유기물 수지계 바인더를 혼합한 페이스트를 후막인쇄법으로 성막함으로써 절연체층을 형성하는 단계와;

   상기 절연체층 위에 Zn₂SiO₄:Mn와 같은 녹색형광체와 BaMgAl₁₄O₂₃:Eu²⁺와 같은 청색 형광체와 (Y,Gd)BO₃:Eu와 같은 적색 형광체를 혼합하여 제조된 백색 발광 형광체와 유기물 수지계 바인더를 혼합한 페이스트를 후막인쇄법으로 성막함으로써 후면 형광체층을 형성하는 단계와;

   배기구를 가진 지지대를 사이에 두고 상기 전면와 상기 후면부를 접합하여 방전공간을 형성하고, 상기 방전공간에 불활성가스를 충전한 후에 상기 배기구를 가열하여 밀봉하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 평판형 형광램프 제조방법.