KR100651166B1 - 형광램프의 제조방법 - Google Patents

형광램프의 제조방법 Download PDF

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김청수
조도영
허정욱
박종리
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미래산업 주식회사
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Abstract

본 발명은 복수개의 방전채널들을 구비한 형광램프의 제조방법을 개시한다. 이 방법은 방전채널의 일측에 방전채널과 통기되도록 연결된 적어도 하나의 가스 주입구를 형성하고, 가스 주입구에 연결된 배기관을 통해 방전채널을 진공 배기하고 불활성 가스를 주입하고, 방전채널 내부로 수은을 확산시키는 것을 포함한다. 진공 배기에서부터 수은 확산 단계까지의 공정은 150 ∼ 500℃의 온도에서 하나의 가열로 내에서 연속적으로 수행된다.
형광램프, 가스 주입구, 수은 확산, 진공 배기

Description

형광램프의 제조방법{MANUFACTRUNG METHOD FOR FLUORESCENT LAMP}
도 1은 통상적인 형광램프 제조를 위한 공정 별 온도를 도시한 그래프;
도 2는 본 발명의 실시예에 사용되는 면발광 형광램프의 사시도;
도 3은 도 2의 가스 주입구 및 수은 게더관의 확대 단면도;
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 형광램프 제조를 위한 장치의 개념도;
도 5는 본 발명에 따른 형광램프 제조를 위한 공정 별 온도를 도시한 그래프이다.
도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 형광램프 12 : 램프상판
14 : 램프하판 20 : 가스 주입구
30 : 밀봉재 40 : 수은게더
50 : 배기관
본 발명은 형광램프의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 면발광 형광램프의 수은확산 방법에 관한 것이다.
면발광 형광램프는 액정디스플레이(Liquid Crystal Display; LCD)의 평판표시 소자용 백라이트(Back Light) 장치로 널리 사용되고 있다. 일반적으로 형광램프는 일자형, 설펀틴(serpentine)형 또는 평판형 등으로 다양한 형상을 가지며, 유리를 위의 특정형상으로 고온가공 처리하여 유리관 내부에 방전채널을 구비하는 구조로 만들어진다.
방전채널은 그 내부가 형광체로 도포되고 진공상태로 배기된다. 진공 배기는 방전채널 속에 존재하는 수분 등의 불순물을 제거하기 위하여 고온의 가열로(미도시) 속에서 수행된다. 배기 온도는 수분 등의 불순물을 제거할 수 있으면 족하고, 예컨대 400℃ 정도이다. 진공 배기 후에는 방전채널로 불활성 가스 및 수은 가스가 주입되고, 방전채널은 밀폐되어 외부와 차단된다.
주입된 수은 가스가 균일하게 분포하도록 하는 수은 확산 공정이 필요하다. 면발광 형광램프는 일반적인 일자형의 형광등과는 달리, 작은 직경을 갖는 방전채널이 길게 구성되거나, 일자형의 복수개의 방전채널들이 좁은 통로를 통하여 상호 연결되어 구성되기 때문에 수은 확산 공정이 더욱 중요하다. 수은 확산 공정은 형광램프를 약 250℃에서 열처리하여, 수은이 방전채널에 균일하게 분포하도록 수행된다.
수은 확산이 미흡한 경우에는 후속되는 에이징(aging) 공정에 보다 장시간을 요할 수 있으므로, 경제성과 생산성에 결정적인 영향을 미치게 된다. 냉음극관(cold cathode)형의 형광램프는 제품이 완성된 후, 일반적으로 1시간 이상의 에이징(aging)이 필요하다. 에이징은 초기 점등시 전류 값이 일정하게 유지될 수 있도 록 하기 위하여, 형광램프 양단에 일정 형상으로 배치된 외부전극에 전원을 공급함에 따라 방전채널 내에 방전이 발생되도록 한다.
한편, 도 1을 참조하면, 통상적으로 진공배기, 수은 확산, 에이징 등의 일련의 공정들 사이에는 전 단계의 공정이 완료된 형광램프가 대기 중으로 노출되어 냉각된 후 후속 공정이 진행된다.
표 1은 통상적인 방법으로 제조된 형광램프의 수은 확산 시간에 따른 불량율 검사 결과이다. 수은 확산 온도는 250℃이다. 불량은 에이징 후 12 시간 뒤에 재점등한 결과 구동접압이 10% 이상 상승되는 것에 의하여 구분하였다.
수은 확산 시간 불량율 (%)
30분 90
1시간 40
3시간 5
5시간 ≤1
수은 확산 시간이 부족하면 수은이 방전채널 내부에 균일하게 분포하지 않고 일부에 편중되어, 부분적으로 핑크 방전 현상이 발생되고 에이징 후에는 구동접압이 상승된다. 이러한 불량은 사전에 감지할 수 없고, 5 시간 이상의 장시간 동안 수은 확산 공정이 수행된 후에만 불량품 발생이 적어짐을 알 수 있다. 한편, LCD TV용 면발광 형광램프는 저온에서도 점등되어야 하는데, 불량으로 인하여 구동전압이 상승한 경우에는 저온 점등이 불가능한 문제가 발생된다.
표 2는 수은 확산 시간을 1 시간으로 고정한 상태에서 수은 확산 온도에 따른 불량율을 검사한 결과이다. 수은은 356℃ 이상에서는 기체 상태로 존재하므로, 수은의 확산이 순조롭게 진행되어 불량율이 급격하게 감소된 것을 알 수 있다. 그러나, 여전히 약 5% 정도의 불량율을 나타내는 문제가 있다.
수은 확산 온도 (℃) 수은 증기압(mmHg) 불량율 (%)
250 79 60
275 150 25
300 267 10
350 760 5
400 기체 상태 ≤5
수은은 끊는점이 356℃ 어는점이 -39℃로서, 상온에서 액체 상태인 금속이다. 또한 수은은 상온에서 약 0.002mmHg, 100℃에서 약 0.28mmHg, 250℃에서 약 79mmHg의 증기압을 갖는다. 이러한 수은의 특성으로 인하여, 면발광 형광램프를 구성하는 방전채널의 온도가 균일하지 않을 경우, 온도가 낮은 부분에서는 수은이 응축되어 부분적으로 집중될 수 있다. 따라서, 수은이 공간적으로 균일하게 분포하지 않게 될 수 있으므로, 발광 특성이 균일하게 유지되지 못하는 문제점이 발생되어 보다 많은 에이징 시간을 요한다. 더구나, 점등 시간이 경과함에 따라 부분적으로 수은 부족 현상이 발생되어 형광램프의 수명 즉, 신뢰성에 심각한 영향을 줄 수 있다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 에이징 시간을 단축하면서도 신뢰성 높은 면발광 형광램프를 제조하는 방법을 제공하기 위한 것이다.
상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 복수개의 방전채널들을 구비한 형광램프의 제조방법을 개시한다. 이 방법은 방전채널의 일측에 방전채널과 통기되도록 연결된 적어도 하나의 가스 주입구를 형성하고, 가스 주입구에 연결된 배기관을 통해 방전채널을 진공 배기하고 불활성 가스를 주입하고, 방전채널 내부로 수은을 확산시키는 것을 포함한다. 진공 배기에서부터 수은 확산 단계까지의 공정은 150 ∼ 500℃의 온도에서 수행된다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 진공 배기에서부터 상기 수은 확산 단계까지의 공정은 하나의 가열로 내에서 연속적으로 수행되고, 온도는 일정하게 유지된다.
수은 확산은 고주파 가열에 의하여 가스 주입구 일측에 배치된 수은 게더에 함유된 수은이 증기로 변환되어 방전채널로 주입되고, 주입된 수은 증기가 150 ∼ 500℃의 온도 하에서 복수개의 방전채널들로 확산에 의하여 이루어진다. 바람직하게는 200 ∼ 400℃이다.
본 발명의 다른 실시예에 의하면, 복수개의 방전채널들은 일 방향을 따라 서로 평행하게 배열되고, 미세 통로를 통하여 서로 연결될 수 있다. 가스 주입구는 방전채널의 측면으로부터 연장된 평면상에 방전채널과 통기되도록 연결된다.
상기 가스 주입구의 일측에 가스 주입구에 통기되도록 연결되어 방전채널 내부를 진공 배기하고 불활성 가스를 주입하기 위한 배기관을 형성할 수 있다. 가스 주입구가 상측으로 향하도록 형광램프를 세운 상태에서 가열로 내에 배치되고, 배기관의 개구부는 세워진 형광램프의 하측으로 향한다.
상술한 본 발명의 양상은 첨부된 도면을 참조하여 설명되는 바람직한 실시예 들을 통하여 더욱 명백해질 것이다. 이하에서는 바람직한 실시예를 통해 당업자가 본 발명을 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 사용되는 면발광 형광램프(10)를 설명하기 위한 사시도이고, 도 3은 가스 주입구 및 수은 게더관의 단면도이다.
도 2를 참조하면, 면발광 형광램프(10)는 사각형의 형상을 갖는 램프 상판(12)과 평판형의 램프하판(14)이 유리접착 물질(seal frit)에 의해 접합되어, 내부의 공간이 밀폐된 복수의 방전채널(16)을 구성하게 된다. 일 방향을 따라 평행하게 배치된 방전채널(16)들은 수 mm 크기의 미세(micro) 통로(미도시)에 의해 서로 연결된다. 한편, 가스 주입구(20)는 방전채널(16)과 통기되도록 형광램프(10)의 측면으로 연장된 평판 상에 수평방향으로 형성된다. 배기관(30)은 가스 주입구(20)의 일측에 가스 주입구에 통기되도록 형성된다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 가스 주입구(20)와 방전채널(16)이 연결되는 부분에는 최종 밀봉재(42)가, 배기관(30) 내에는 수은 누출 방재용 밀봉재(44)가 삽입된다. 밀봉재는 밀봉용 유리접착 물질(seal frit)로, 형광램프의 램프상판(12), 램프하판(14), 가스 주입구(20) 및 배기관(30) 등에 사용되는 유리 보다는 녹는점이 약간 낮다. 가스 주입구(20) 일측에는 수은 게더(52)가 투입된 수은 게더관(50)이 배치되고, 그 선단부는 밀봉되어 수은이 외부로 유출되지 않도록 기밀이 유지되게 한다. 수은 게더(52)는 예컨대, Zr-Ti-Fe계 수은이 함유된 것일 수 있다.
배기관(30)은 가스 주입구(20)에 연결되지만, 배기관(30)의 진공 배기 방향이 가스 주입구와는 반대 방향으로 향하도록 배치될 수 있다. 가열로(미도시) 내 에서 방전채널을 진공 배기할 때, 가스 주입구(20)를 상부로 향하도록 하고 배기관(30)을 하부로 향하도록 하기 위함이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 형광램프 제조를 위한 장치의 개념도이다.
도 4를 참조하면, 형광램프 제조장치(100)는 그 내부가 고온으로 유지되는 가열로(110), 가열로 내부에 배치되고 면발광 형광램프(10)를 장착하기 위한 지지 테이블(120), 가열로의 일측에 배치되고 복수개의 방전채널을 진공 배기하기 위한 진공 배기부(130), 가열로 내부에 배치되고 수은 증기 발생을 유도하여 방전채널 내부로 수은 증기를 주입시키기 위한 수은 증기 발생부(140), 지지 테이블(120) 및 진공 배기부(130)의 배기 포트(132)가 놓여지고 이들을 가열로 내의 일측으로부터 타측으로 이송하기 위한 이송부(150)로 구성된다. 또한 가열로 내부의 일측에는 히터(151)가 배기관 및 가스 주입구의 위치에 상응하도록 배치되어, 밀봉재(42, 44)를 녹여 배기관 및 가스 주입구를 밀봉할 수 있도록 한다.
가열로(110)는 형광램프의 진공 배기 및 수은 확산 등에 필요한 고온을 유지하기 위하여 그 내부가 항상 일정한 온도로 유지될 수 있도록 하며, 상온에서 1000까지 조절될 수 있다.
지지 테이블(120)은 면발광 형광램프(10)가 가열로 내에서의 여러 가지 공정들 즉, 진공 배기 및 수은 확산 공정 등이 안정되게 수행될 수 있도록 지지한다.
진공 배기부(130)는 진공펌퍼(132)와, 방전채널의 가스 주입구(20)에 연결된 배기관(30)와 진공펌퍼(132) 사이에 배치되어 진공 배기 라인을 구성하는 배기포트(134)로 구성된다. 진공 펌퍼(132)는 가열로(110)의 하측에 배치되고 배기포트 (134)을 통해 배기관(30)에 연결되어 형광램프(10)의 방전채널을 진공 배기한다. 진공펌퍼(132)와 배기포트(134)의 사이에는 배기라인(133)과 배기라인의 개폐를 조절하기 위한 배기 밸브(133a)가 배치된다. 또한, 배기라인(133)의 일측에는 불활성 가스 라인(135)이 연결되고 소정의 가스밸브(135a)를 통하여 불활성 가스를 공급하기 위한 가스 탱크(137)에 연결된다.
수은 증기 발생부(140)는 수은 게더(52)에 함유된 수은에 에너지를 가하여 증기 상태로 변환할 수 있는 가열장치를 포함한다. 가열장치는 수은 게더(52)에 고주파를 전달하여 가열하기 위한 고주파 가열기(144)일 수 있다. 또한, 수은 증기 발생부(140)는 수백 kHz의 고주파를 발생하여 공급하기 위한 고주파 발생기(142), 고주파 가열기(144)가 수은 게더관(50)에 상응하게 위치하도록 하는 고주파 가열기 위치조절부(143a, 143b)를 더 포함하여 구성된다. 고주파 가열기(144)는 다양한 형상으로의 변형이 가능한 코일일 수 있다. 고주파 가열기 위치조절부(143a, 143b)는 고주파 가열기가 승하강되도록 하는 구동모터(143a)와, 구동모터에 연결되어 코일의 위치를 가이드하는 가이드(143b)로 구성된다. 고주파 가열기(144)는 가열기(110) 내부의 상측에 형광램프의 배치 방향을 따라 복수개가 나열되도록 배치될 수 있다. 그 간격은 형광램프가 이송부에 장착되는 간격 즉, 가스 주입구에 대응되는 위치의 간격이다.
이송부(150)는 지지 테이블(120) 및 배기 포트(132)가 놓여지는 이송 테이블(152)과, 이송 테이블(152)을 가열로(110) 내의 일측으로부터 타측으로 이송하는 것을 구동하기 위한 구동부(154)로 구성된다. 이송 테이블(152)은 이송 구동부 (154)에 치합되는 소정의 레일(153)을 따라 이송되며, 이송 구동부(154) 내에는 이를 구동하기 위한 구동 모터가 배치될 수 있다. 이러한 구성의 이송부(150)는 가열로(110)의 일측(예를 들면, 도면의 전면)에서 타측(예를 들면, 도면의 배면)으로 형광램프들(10)을 컨베이어와 같이 이송하여 진공 배기 및 수은 확산 공정이 연속적으로 수행될 수 있도록 한다.
도 4를 참조하면, 형광램프(10)는 배기관(30)을 통해 진공 배기되도록 가스 주입구(20)는 상측으로 향하고, 배기관(30)은 하측으로 향하여 배기포트(132)에 연결되도록 가열로(110)의 지지 테이블(120)에 장착된다. 진공 배기는 방전채널(16) 속에 존재하는 수분 등의 불순물을 제거하기 위한 것으로, 배기 온도는 수분 등의 불순물을 제거할 수 있으면 족하고, 400℃ 정도일 수 있다. 배기관을 하측으로 배치하는 것은 고온의 가열로 속의 상부에 형성되는 고열에 의하여 유리관이 팽창되더라도 배기관과 진공펌프의 연결부를 상대적으로 저온인 가열로의 하측을 향하도록 함으로써, 고온의 가열에도 배기관이 깨어지지 않도록 하기 위함이다.
진공펌프(131)에 의해 방전채널(16)의 진공 배기가 완료되면, 배기밸브(133a)가 잠기고, 가스밸브(136a)가 열리면서 불활성 가스 탱크(137)로부터 방전채널 내부로 불활성 가스가 주입된다. 도 3을 참조하면, 밀봉재(42, 44)에는 도면부호 42'과 같은 홈이 형성되어 있어 진공배기 또는 불활성 가스 주입 시 가스의 이동에 지장을 주지 않는다.
수은 누출 방지용 밀봉재(44)를 히터(151)를 이용한 가열에 의해 녹여 배기관(30)을 밀폐한다. 가열로(110)의 일측에 장착된 고주파 가열기 즉, 고주파 코일 (142)로 수은 게더(52)를 가열함에 따라 수은이 기화되어, 수은 증기가 방전채널(16) 내부로 주입된다. 고주파 가열기의 주파수는 580kHz, 용량은 5kW이며, 가열시간은 약 20 초 정도로서, 수은 방출량은 약 70mg이다.
수은의 주입이 완료된 후, 히터(미도시)를 이용하여 가스 주입구(20)의 내부측, 즉 방전채널에 연결된 부분을 고온으로 가열하여 최종 밀봉재(42)가 녹으면서 흘러내리게 하여, 가스 주입구(20)와 방전채널(16)의 연결통로를 완전히 밀봉한다.
도 5를 참조하여, 본 발명에 따르면, 전술한 진공 배기에서부터 수은 확산까지의 일련의 공정들은 하나의 가열로(110) 내에서 일정한 고온이 유지된 상태에서 연속적으로 진행된다. 이와 같이, 수은의 확산이 완료되어 수은 증기들이 안정된 위치에 균일하게 배치될 때까지, 수은이 부분적으로 응축되지 않도록 방전채널에 가해지는 온도가 균일하고 일정하게 유지되도록 한다.
수은 확산 후, 외부전극에 전원을 공급함에 따라 방전채널 내에 방전이 발생되도록 하여, 에이징(aging) 공정이 수행된다. 에이징 공정은 상온에서 150mA의 사인파 전류를 외부전극에 공급하여 수행된다.
표 3은 고주파 가열기로 수은 게더를 가열하여 수은 증기를 발생시킬 때의 가열로의 온도에 따른 불량율을 검사한 결과이다. 수은 확산 및 에이징 시간은 각각 1시간, 30분으로 고정되었다.
가열로의 온도 (℃) 수은 증기압(mmHg) 불량율 (%)
400 ≥760 0
350 760 0
300 267 0
250 79 ≤1
200 18 ≤20
150 3 ≤40
표 3을 참조하면, 수은 확산 공정에서의 가열로 내에 유지되는 온도가 200℃ 이상에서 아주 띄어난 검사 결과를 보인다. 이러한 가열로 내의 온도는 높을수록 좋은 결과를 보일 것이지만, 형광램프를 구성하는 유리의 특성을 고려하면 약 500가 상한일 수 있을 것이다. 300∼400℃에서 가장 우수한 결과를 보인다. 한편, 150℃ 정도에서도 수은 확산 시간을 2시간으로 증가시키면, 불량율이 20% 이하로 되어 종래 기술에 의한 결과 보다 우수한 결과를 보였다.
방전채널 전체가 균일하게 고온으로 가열된 상태에서 수은이 방전채널로 주입되기 때문에, 증발된 수은 증기가 응축되지 않고 균이하게 확산되어 분포하게 된다. 이에 반하여 종래 기술에 의하면, 방전채널이 상온 또는 부분적으로 가열된 상태에서 수은 증기가 주입되므로, 수은 증기가 국부적으로 응축되는 현상이 발생되어 수은의 분포가 전체적으로 균일하지 못하였다.
이와 같은 수은 확산 공정을 사용함에 따라, 에이징 시간이 30분 정도로 짧게 고정됨에도 불구하고, 매우 낮은 불량율을 얻을 수 있다. 따라서, 종래 기술에 따르면 수은 확산 시간과 에이징 단계에서 너무 많은 시간이 소모되어 생산성을 저하시키는 중요한 변수로 작용하였으나, 본 발명에 따르면 그 시간이 대폭 단축될 수 있다.
이와 같이 본 발명에 따르면, 수은 증기가 방전채널로 주입되는 상태의 방전채널의 온도를 고온으로 유지함에 따라, 수은 증기가 국부적으로 응축되는 현상의 발생이 제어되어, 에이징 시간을 짧게 함에도 불구하고 불량율이 급격하게 감소되는 효과를 보인다.
또한 본 발명에 따르면, 수은 확산 및 에이징에 소모되는 시간을 대폭 단축시켜, 생산성을 크게 향상시킬 수 있다.

Claims (11)

  1. 복수개의 방전채널들을 구비한 형광램프의 제조방법에 있어서,
    상기 방전채널의 일측에 방전채널과 통기되도록 연결된 적어도 하나의 가스 주입구를 구비한 형광램프를 준비하는 단계;
    상기 가스 주입구에 연결된 배기관을 통해 상기 방전채널을 진공 배기하고 불활성 가스를 주입하는 단계; 및
    상기 가스 주입구를 통하여 방전채널 내부로 수은을 확산시키는 단계를 포함하되;
    상기 진공 배기에서부터 상기 수은 확산 단계까지의 공정은 150 ~ 500℃의 온도에서 수행되는 것을 특징으로 하는 형광램프의 제조방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 진공 배기에서부터 상기 수은 확산 단계까지의 공정은 하나의 가열로 내에서 연속적으로 수행되는 것을 특징으로 하는 형광램프의 제조방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 진공 배기에서부터 상기 수은 확산 단계까지의 상기 온도는 일정하게 유지되는 것을 특징으로 하는 형광램프의 제조방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 수은 확산 단계는, 고주파 가열에 의하여 상기 가스 주입구 일측에 배치된 수은 게더에 함유된 수은이 증기로 변환되어 상기 방전채널로 주입되고, 상기 주입된 수은 증기가 150 ~ 500℃의 온도 하에서 상기 복수개의 방전채널들로 확산되는 것을 특징으로 하는 형광램프의 제조방법.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 수은 증기를 상기 방전채널로 주입한 후, 상기 가스 주입구를 밀봉하여 상기 방전채널을 외부와 밀폐시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 형광램프의 제조방법.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 온도는 200∼400℃인 것을 특징으로 하는 형광램프의 제조방법.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 불활성 가스를 주입한 후, 상기 배기관을 밀폐하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 형광램프의 제조방법.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수개의 방전채널들은 일 방향을 따라 서로 평행하게 배열되고, 미세 통로에 의하여 서로 연결되는 것을 특징으로 하는 형광램프의 제조방법.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 가스 주입구는 상기 방전채널의 측면으로부터 연장된 평면상에 방전채널과 통기되어 연결되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 형광램프의 제조방법.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 가스 주입구의 일측에 가스 주입구에 통기되도록 연결되어 상기 방전채널 내부를 진공 배기하고 불활성 가스를 주입하기 위한 배기관이 형성되는 것을 특징으로 하는 형광램프의 제조방법.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 가스 주입구가 상측으로 향하도록 형광램프를 세운 상태에서 상기 가열로 내에 배치되고, 상기 배기관의 개구부는 상기 세워진 형광램프의 하측으로 향하도록 하는 것을 특징으로 하는 형광램프의 제조방법.
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