KR100561993B1 - 저압 방전 램프 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

외면에 전극(21, 26)으로서 전류 도체층이 형성된 관형 유리 램프 용기(10)를 구비하여 이루어지는 저압 방전 램프이며, 용기(10)의 단부에 초음파 땜납 딥핑층(31, 36)을 형성하여 전류 도체층으로 한 것을 특징으로 한다. 또한, 유리 램프 용기의 단부 표면을 블라스트 처리하고, 그 블라스트 처리면(41, 46)에 초음파 땜납 딥핑에 의해 초음파 땜납 딥핑층을 형성하면 유리 표면과의 융화성이 보다 견고한 전류 도체층을 외부 전극(21, 26)으로서 형성할 수 있다. 전류 도체층이 똑같은 두께를 갖는 저압 방전 램프를 저가격으로 대량 생산할 수 있다.
외면, 전극, 전류 도체층, 유리 램프 용기, 저압 방전 램프, 땜납 딥핑층

Description

저압 방전 램프 및 그 제조 방법{LOW-VOLTAGE DISCHARGE LAMP AND ITS MANUFACTURING METHOD}
도 1은 본 발명의 제1 실시예의 유전체 배리어 방전형 저압 방전 램프의 축 방향 단면도.
도 2는 본 발명의 제2 실시예의 유전체 배리어 방전형 저압 방전 램프의 축 방향 단면도.
도 3은 본 발명의 제3 실시예의 유전체 배리어 방전형 저압 방전 램프의 축 방향 단면도.
도 4는 본 발명의 응용예인 유전체 배리어 방전형 저압 방전 램프의 축 방향 단면도.
도 5는 본 발명의 다른 응용예인 유전체 배리어 방전형 저압 방전 램프의 축 방향 단면도.
본 발명은 저압 방전 램프 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
관형 유리 램프 용기의 외표면에 전극을 구비하는, 이른바 유전체 배리어 방 전형 저압 방전 램프(EEFL)로서 예를 들어 일본 실용신안 공개 소61-126559호 공보에 기재된 것이 알려져 있다. 이 저압 방전 램프는 양단부가 밀봉된 관형 유리 램프 용기의 내부에 희박 가스 혹은 수은과 희박 가스의 혼합 가스 등의 이온화 가능한 충전제가 봉입되어 있다. 관형 유리 램프 용기의 내벽면에는, 필요에 따라서 형광체층 등이 형성되어 있다. 관형 유리 램프 용기의 양단부 외면에는 외부 전극이 배치되어 있다.
외부 전극은, 예를 들어 알루미늄 박 및 도전성 점착제로 이루어지는 전류 도체층으로서의 금속 테이프 및 저압 방전 램프로의 급전 부재로서 금속 테이프에 접속되는 코일형 리드선으로 이루어진다. 또한, 코일형 리드선은 자신의 스프링성에 의해 금속 테이프에 접촉되어 있다.
이러한 구성의 저압 방전 램프에서는, 관형 유리 램프 용기 내에 전극이 배치되어 있지 않으므로 전극의 소모가 발생되지 않아 수명이 길다고 하는 특징이 있다. 그러나, 관형 유리 램프 용기의 직경은 3 ㎜ 정도로 매우 가늘고, 이에 금속 테이프를 접착하는 경우 정밀한 치수 정밀도로 접착하기 위한 복잡한 기계가 필요해져 대량 생산에는 곤란함이 수반되었다.
또한, 이러한 금속 테이프를 이용한 전극에 있어서는, 이 금속 테이프에 전류가 흐를 때에 아크릴 등으로 구성되는 도전성 점착제의 부분에 있어서 전력 손실이 발생되어, 램프의 소비 전력이 증가한다고 하는 결점도 있었다.
또한, 이 도전성 점착제는 내열성이 낮으므로, 전류 통과시의 발열에 의해 부분적으로 탄화하고, 이 부분의 저항이 저하되어 전류 집중이 발생된다. 이 결과, 고열이 발생하여 관형 유리 램프 용기가 부분적으로 용융하여 구멍이 개방된다는 문제점도 있었다.
본 발명은, 이러한 종래의 금속 테이프를 이용한 전극을 갖는 저압 방전 램프의 기술적 과제를 해결하여 전력 소비를 저감하고 구멍 개방을 방지하는 동시에, 그 제조에 있어서 저가격으로 하여 대량 생산이 가능한 제조 방법을 채용할 수 있는 저압 방전 램프를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 저압 방전 램프는 관형 유리 램프 용기의 관 단부를 유리 표면과 융화성이 좋은 땜납 재료를 용융한 딥핑조에 딥핑함으로써 외부 전극의 전류 도체층을 형성하는 것을 특징으로 하는 것이다. 유리 표면과 융화성이 좋은 땜납 재료로서는 주석, 주석과 인듐과의 합금, 혹은 주석과 비스무트와의 합금 중 어느 하나를 주성분으로 하여 이용함으로써 전류 도체층이 부착되어 매우 견고하며, 방전 특성이 안정되고 또한 수명이 길어진다. 또한, 상기한 땜납 재료로서는 안티몬, 아연, 알루미늄 중 적어도 1 종류를 첨가제로서 포함함으로써 관형 유리 램프 용기의 표면과 전류 도체층과의 융화성이 좋고, 전류 도체층이 박리되기 어려워 방전 특성이 안정되고 또한 수명이 길어진다. 게다가, 전류 도체층의 형성에 땜납 딥핑법을 채용함으로써 대량 생산화가 가능하고 저가격화를 도모할 수 있다.
또한, 본 발명의 저압 방전 램프는 관형 유리 램프 용기의 관 단부를 땜납 재료를 용융한 초음파 딥핑조에 딥핑함으로써 외부 전극의 전류 도체층을 형성하는 것을 특징으로 하는 것이다. 이 경우의 땜납 재료로서는 주석, 주석과 인듐과의 합금, 혹은 주석과 비스무트와의 합금 중 어느 하나를 주성분으로 하여 이용함으로써, 전류 도체층이 접착되어 매우 견고하며, 방전 특성이 안정되고 또한 수명이 길어진다.
이러한 본 발명의 저압 방전 램프에서는, 외부 전극의 전류 도체층이 초음파 땜납 딥핑에 의해 형성되어 있으므로, 보다 불균일이 없는 똑같은 두께의 층이 되어 고성능인 저압 방전 램프를 실현할 수 있다. 게다가, 전류 도체층의 형성에 초음파 땜납 딥핑법을 채용함으로써 대량 생산화가 가능하고 저가격화를 도모할 수 있다.
또한, 본 발명의 저압 방전 램프는 관형 유리 램프 용기의 관 단부의 표면에 블라스트 처리를 실시해 두고, 그 부분을 상기 땜납 재료를 용융한 초음파 딥핑조에 딥핑함으로써 외부 전극의 전류 도체층을 형성하는 것을 특징으로 하는 것이다.
이러한 본 발명의 저압 방전 램프에서는, 외부 전극의 전류 도체층이 초음파 땜납 딥핑에 의해 형성되어 있으므로 불균일이 없는 똑같은 두께의 층을 얻을 수 있다. 게다가 블라스트 처리가 실시된 표면에 초음파 땜납 딥핑에 의해 전류 도체층이 형성되어 있으므로, 관형 유리 램프 용기로부터 전류 도체층이 박리되기 어려워 고성능인 저압 방전 램프를 제공할 수 있다. 덧붙여, 전류 도체층의 형성에 초음파 땜납 딥핑법을 채용할 수 있어, 대량 생산화가 가능하고 저가격화를 도모할 수 있다.
또한, 상기 땜납은 납 성분을 포함하지 않는 것을 특징으로 하는 것으로, 저 압 방전 램프의 제조에 있어서 환경에 끼치는 악영향을 피할 수 있다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다. 도 1은 본 발명의 제1 실시예인 유전체 배리어 방전형 저압 방전 램프(11)의 구조를 도시하고 있다. 이 저압 방전 램프(11)에 있어서, 관형 유리 램프 용기(10)는 붕규산 유리로 형성되고, 그 치수는 외경 2.6 ㎜, 내경 2.0 ㎜, 전체 길이 350 ㎜이다. 이 관형 유리 램프 용기(10) 내에는 봉입 가스로서 네온과 아르곤의 혼합 가스(조성비 : 네온/아르곤 ＝ 90몰 ％/10몰 ％)가 봉입압 60 Torr로 봉입되어 있다. 또한, 이 관형 유리 램프 용기(10) 내에는 3 ㎎의 수은도 봉입되어 있다.
관형 유리 램프 용기(10)의 양단부 외표면에는 땜납 딥핑층(30, 35)이 각각 외부 전극(21, 26)의 전류 도체층으로서 형성되어 있다. 관형 유리 램프 용기(10)의 내주면에는 외부 전극(21, 26)이 설치되어 있는 부분을 제외한 부분에, 삼파장 형광체로 이루어지는 형광체층(70)이 형성되어 있다. 이 형광체층(70)의 두께는 20 ㎛이다.
땜납 딥핑층(30, 36)은 주석 ＋ 아연 ＋ 알루미늄 + 안티몬이 용융된 약 350 ℃의 딥핑조에 관형 유리 램프 용기(10)의 단부를 약 30초간 딥핑함으로써 형성하였다. 이와 같이 형성된 땜납 딥핑층(30, 35)의 두께는 5 ㎛, 배치부의 길이는 20 ㎜이다. 땜납 딥핑층(30, 35)이 형성된 관형 유리 램프 용기(10)의 양단부에는 그 탄성력에 의해 땜납 딥핑층(30, 35)에 접촉하는 코일형 리드선(51 및 56)이 설치되어 있다.
본원 발명자들은, 상기한 땜납재로서 다양한 재료를 검토한 결과, 주석, 주 석과 인듐과의 합금, 혹은 주석과 비스무트와의 합금 중 어느 하나의 땜납 재료를 이용함으로써 관형 유리 램프 용기(10)의 표면에 균일하고 밀착성이 좋은 도금층이 형성되는 것을 확인하였다. 또한, 이들 땜납 재료에 안티몬, 아연, 알루미늄 중 적어도 1 종류를 첨가제로서 포함함으로써, 관형 유리 램프 용기의 표면과 전류 도체층과의 융화성이 좋고, 전류 도체층이 박리되기 어려워 안정된 방전 특성을 제공하는 땜납 딥핑층(30, 35)을 얻을 수 있다. 즉, 주석에 안티몬, 아연, 알루미늄 중 적어도 1 종류를 첨가제로서 포함하는 땜납재도 양호한 밀착성을 나타냈다. 마찬가지로, 주석과 인듐과의 합금, 혹은 주석과 비스무트와의 합금의 각각에 대해 안티몬, 아연, 알루미늄 중 적어도 1 종류를 첨가제로서 포함하는 땜납재도 양호한 밀착성을 나타내는 동시에, 땜납재의 융점 온도를 낮출 수 있으므로 땜납 딥핑이 용이해진다. 또한, 주석 ＋ 아연 ＋ 안티몬에 알루미늄을 첨가하면 표면 산화의 진행이 어려운 땜납 전극을 형성할 수 있으므로 안정된 도전성의 전극을 형성할 수 있다.
또한, 본 실시예에 의한 유전체 배리어 방전형 저압 방전 램프는 종래의 금속 테이프를 이용한 전극을 갖는 유전체 배리어 방전형 저압 방전 램프와 비교하여, 전극부의 전압 강하가 거의 없으므로 램프 전압을 낮게 할 수 있다. 예를 들어, 램프 전류 4 ㎃, 점등 주파수 45 ㎑에 있어서의 램프 전압은 종래의 램프에서는 1940 Vrms였지만 본 실시예에서는 1790 Vrms였다.
본원 발명자들의 실험에 의하면, 납을 함유하지 않은 땜납재로서 널리 사용되고 있는 주석과 구리의 합금을 용융한 딥핑조에 딥핑하여 도금층을 형성한 바, 용기의 표면에 땜납 딥핑층을 똑같이 형성할 수 없어, 관형 유리 램프 용기(10)의 표면이 노출되는 부분이 발생되는 것이 판명되었다. 이러한 저압 방전 램프(18)를 장시간 점등하면, 땜납 딥핑층의 일부에 전류가 과도하게 집중하여 관형 유리 램프 용기(10)의 관 단부의 일부가 과열되어 구멍이 뚫리면, 램프(18)가 점등되지 않는 데 이른다고 하는 문제점이 발생될 우려가 있다. 그러나, 상기한 본 발명의 실시예에 있어서는 유리 램프 용기(10)의 표면에 형성되는 땜납 딥핑층(30, 35)은 똑같은 두께로 밀착성도 좋으므로, 기초 유리 램프 용기(10)의 표면이 노출된다고 하는 문제는 발견되지 않았다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예인 유전체 배리어 방전형 저압 방전 램프(11)의 구조를 도시하고 있다. 상기 도면에 도시한 유전체 배리어 방전형 저압 방전 램프(11)는 도 1에 도시한 방전 램프(11)와 일부를 제외하고, 기본적으로 동일한 구성이다. 따라서, 동일한 부분에는 동일한 부호를 붙이고 이하의 설명에 있어서는 제1 실시예와 다른 점을 중심으로 설명한다. 이 유전체 배리어 방전형 저압 방전 램프(11)에 있어서는, 관형 유리 램프 용기(10)의 양단부 외표면에 초음파 땜납 딥핑층(31, 36)이 형성되어 있다. 이들 초음파 땜납 딥핑층(31, 36)은 각각 외부 전극(21, 26)을 구성하는 전류 도체층으로서 이용된다.
초음파 땜납 딥핑은, 주지와 같이 용융 딥핑조 내부에 초음파 진동자를 설치하고, 용융 땜납에 초음파 진동을 부여하면서 도금을 행하는 방법이다. 본 실시예에 있어서는, 땜납재는 제1 실시예와 동일한 재료를 이용하여 초음파 진동자를 20 KHz로 진동시킨 상태에서, 관형 유리 램프 용기(10)의 단부를 약 230 ℃의 용융 딥핑조 내에 약 30초간 침지하였다. 또한, 초음파 딥핑조로서는 구로타 테크노 가부시끼가이샤제의 KDB-100을 이용하였다.
이와 같이 하여 형성된 땜납 딥핑층(31, 36)은, 제1 실시예와 마찬가지로 그 두께는 5 ㎛, 관축 방향의 길이는 20 ㎜이다. 초음파 딥핑조에 관 단부를 딥핑함으로써 형성된 딥핑층(31, 36)은, 통상의 딥핑조에 의해 형성된 땜납 딥핑층(30, 35)보다 더욱 균일한 두께를 갖는 동시에, 후술하는 바와 같이 관형 유리 램프 용기(10)의 표면에 대해 보다 높은 밀착성을 갖고 있다.
다음에, 도 3을 참조하여 본 발명의 제3 실시예인 유전체 배리어 방전형 저압 방전 램프를 설명한다. 상기 도면에 도시한 유전체 배리어 방전형 저압 방전 램프(11)도 도 2에 도시한 방전 램프(11)와 일부를 제외하고 동일한 구성이다. 따라서, 동일한 부분에는 동일한 부호를 붙이고, 이하의 설명에 있어서는 제2 실시예와 다른 점을 중심으로 설명한다. 도 3에 도시한 유전체 배리어 방전형 저압 방전 램프(11)에 있어서, 관형 유리 램프 용기(10)의 양단부 외표면은 블라스트 처리되어 거친 면으로 되어 있고, 이 블라스트 처리면(41, 46)에 초음파 땜납 딥핑층(31, 36)이 형성되어 있다. 이 블라스트 처리는, 예를 들어 관형 유리 램프 용기(10)를 그 관축의 주위로 회전시켜, 알루미나 연마제를 불어댐으로써 행한다. 이 블라스트 처리는 불산 등에 의한 화학적인 에칭에 의해 행할 수도 있다. 이와 같이 블라스트 처리가 실시된 관형 유리 램프 용기(10)의 양단부는 제2 실시예와 동일한 조건 하에서 초음파 딥핑조에 딥핑되어, 초음파 땜납 딥핑층(31, 36)이 형성된다.
이와 같이 유리 용기(10)의 표면을 블라스트 처리에 의해 거친 면(41, 46)으 로 해 둠으로써, 초음파 땜납 딥핑층(31, 36)과 관형 유리 램프 용기(10)의 유리 표면과의 접촉 면적을 넓게 하여 초음파 땜납 딥핑층(31, 36)을 박리하기 어렵게 할 수 있다.
이상 설명한 본 발명의 실시예에 있어서의 초음파 땜납 딥핑층의 관형 유리 램프 용기 표면과의 밀착성 혹은 박리 용이성을 검증하기 위해, 본 발명자들은 통상의 땜납을 이용한 땜납 딥핑층을 비교예로서 형성하고, 이들과 상기 제2 실시예 및 제3 실시예의 초음파 땜납 딥핑층과의 비교 실험을 행하였다. 즉, 이 비교예는 상술한 본 발명자들에 의한 실험에 이용한 주석과 구리의 합금을 용융한 딥핑조에, 블라스트 처리를 실시한 관형 유리 램프 용기와 실시하지 않은 관형 유리 램프 용기를 딥핑하여 도금층을 형성하고, 제1 비교예 및 제2 비교예로 하였다. 그리고 이들 비교예와 상기 제2 실시예 및 제3 실시예의 초음파 땜납 딥핑층에 1 ㎜ 간격으로 격자형의 흠집을 내어 열사이클 시험을 행하고, 그 후 셀로판 테이프를 이용하여 박리 시험을 행하였다. 이 시험 결과는 표 1에 나타내고 있다. 또한, 열사이클은 80 ℃의 환경에 0.5시간 두고, 다음에 - 30 ℃의 환경에 0.5시간 두는 것을 1 사이클로 하였다.
0 사이클 100 사이클 200 사이클 500 사이클
무전해 도금 전극(블라스트 처리 없음)(제1 비교예) NG(흠집이 없는 부분도 모두 박리되었다.) - - -
무전해 도금 전극(블라스트 처리 있음)(제2 비교예) OK OK NG(흠집이 없는 부분도 모두 박리되었다.)
초음파 땜남 전극(블라스트 처리 없음)(제2 실시예) OK OK OK OK
초음파 땜남 전극(블라스트 처리 있음)(제3 실시예) OK OK OK OK
이 열사이클 시험의 결과로부터, 본 발명의 실시예에 의한 초음파 땜납 딥핑층의 외부 전극은 땜납 재료로서 주석과 구리의 합금을 이용한 통상의 딥핑조 딥핑에 의한 외부 전극보다도 열사이클 시험에 강한 것이 확인되었다.
또한, 제2 실시예와 제3 실시예의 차이에 의해, 제3 실시예와 같이 평활한 유리 램프 용기(10)의 표면을 블라스트 처리하여 요철로 하고, 그 부분에 초음파 땜납층을 형성함으로써 유리 램프 용기의 표면과 초음파 땜납 딥핑층과의 접촉 면적이 넓어져 밀착 강도를 높일 수 있는 것을 알 수 있다. 즉, 블라스트 처리에 의해 더욱 견고하고 박리되기 어려운 외부 전극을 형성할 수 있었다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 유전체 배리어 방전형 저압 방전 램프의 응용예를 도시한 도면이다. 도 4에 도시한 저압 방전 램프(12)는, 도 3에 도시한 제3 실시예와 마찬가지로 관형 유리 램프 용기(10)의 양단부 외표면에 블라스트 처리면(41, 46)을 형성하고, 그 표면에 초음파 땜납 딥핑층(31, 36)이 형성되어 있다. 또한, 관형 유리 램프 용기(10) 내부의 형광체층(70)의 상부 및 외부 전극(21, 26)의 내측 유리 표면에 산화알루미늄, 산화이트륨, 산화아연 등의 금속 산화물층(71)이 형성되어 있다.
이러한 구성의 저압 방전 램프(12)에서는, 제2 실시예의 저압 방전 램프(11)와 마찬가지로, 초음파 땜납 딥핑 방법을 채용함으로써 저가격으로 하여 고성능인 저압 방전 램프의 대량 생산이 가능해진다. 또한 이 응용예에 따르면, 유리 램프 용기(10) 내부의 형광체층(70)으로의 수은 흡착에 의한 수은 소모를 억제하는 동시에 수은의 유리에의 침입에 의한 수은 소모를 방지할 수 있어, 수명 장기화를 도모할 수 있다.
다음에, 도 5에 도시한 저압 방전 램프(13), 상기 제3 실시예와 마찬가지로 관형 유리 램프 용기(10)의 양단부 외표면에 블라스트 처리면(41, 46)이, 그 표면에 초음파 땜납 딥핑층(31, 36)이 외부 전극(21, 26)으로서 형성되어 있다. 또한, 관형 유리 램프 용기(10)의 내주면과 형광체층(70) 사이 및 외부 전극(21, 26)의 내측의 유리 표면에 산화알루미늄, 산화이트륨, 산화아연 등의 금속 산화물층(72)이 형성되어 있다.
이러한 구성의 저압 방전 램프(13)에서는, 제2 실시예의 저압 방전 램프(11)와 마찬가지로 초음파 땜납 딥핑 방법을 채용함으로써, 저가격 고성능인 저압 방전 램프의 대량 생산이 가능해진다. 또한, 이 응용예에 따르면 관형 유리 램프 용기(10)의 유리면으로의 수은의 침입에 의한 수은 소모를 방지할 수 있어 수명 장기화를 도모할 수 있다.
또한, 이들 응용예는 제2 실시예의 저압 방전 램프(11)를 이용하는 경우에 대해 설명하였지만, 이에 한정되지 않으며 제1 혹은 제3 실시예의 저압 방전 램프(11)를 이용해도 되는 것은 물론이다.
본 발명은 상술한 실시예 혹은 응용예에 한정되는 것은 아니며, 다양한 변형이 가능하다. 예를 들어, 땜납 딥핑층(30, 35) 혹은 초음파 땜납 딥핑층(31, 36)이 형성된 관형 유리 램프 용기(10)의 양단부에는 코일형 리드선(51 및 56)이 설치되어 있지만, 땜납 딥핑층에 접촉 가능한 도체이면 반드시 코일형 리드선이 아니라도 좋다.
이상 다양한 실시예 및 응용예에 따라 설명한 바와 같이, 본 발명의 저압 방전 램프에 따르면 관형 유리 램프 용기(10)의 외부 전극(21, 26)으로서 똑같이 하여 불균일이 없는 금속 도금층으로 이루어지는 전류 도체층을 형성할 수 있다. 또한, 블라스트 처리가 실시된 관형 유리 램프 용기(10)의 단부 표면부(41, 46)를 딥핑조에 딥핑함으로써 관형 유리 램프 용기(10)로부터 매우 박리되기 어려운 전류 도체층을 형성할 수 있다. 따라서, 저소비 전력으로 안정된 방전 특성을 갖는 고성능인 저압 방전 램프를 얻을 수 있다. 게다가, 땜납 딥핑이라고 하는 비교적 용이한 기술로 제조할 수 있으므로 대량 생산이 가능하고, 저압 방전 램프의 저가격화를 도모할 수 있다.

Claims (14)

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  3. 적어도 외면의 일단부에 전극으로서 전류 도체층이 형성된 관형 유리 램프 용기를 구비하여 이루어지는 저압 방전 램프이며, 상기 전류 도체층은 초음파 딥핑에 의해 형성된 초음파 딥핑층이고, 이 초음파 딥핑층은 주석을 주성분으로 하고,안티몬, 아연, 알루미늄 중 적어도 1종류를 첨가제로서 포함하는 것을 특징으로 하는 저압 방전 램프.
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  5. 제3항에 있어서, 상기 초음파 딥핑층은 납 성분을 포함하지 않는 것을 특징으로 하는 저압 방전 램프.
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  9. 주석을 주성분으로 하고, 안티몬, 아연, 알루미늄 중 적어도 1종류를 첨가제로서 포함하는 도체의 초음파 딥핑조에 관형 유리 램프 용기의 단부를 딥핑하는 단계와, 이 단계에 의해 상기 관형 유리 램프 용기의 단부에 초음파 딥핑층을 형성하는 단계를 구비하고, 상기 초음파 딥핑층을 외부 전극으로 하는 것을 특징으로 하는 저압 방전 램프의 제조 방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 도체는 납 성분을 포함하지 않는 것을 특징으로 하는 저압 방전 램프의 제조 방법.
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