KR100876953B1 - 형광램프 소성 장치 및 형광램프 소성장치의 형광램프냉각방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 형광램프 제조 기술에 관한 것으로, 본 발명에 따른 형광램프 소성장치는, 형광램프 제조를 위한 유리관을 지지하여 회전시키는 복수의 회전롤러와, 상기 유리관을 가열시키기 위해 상기 복수의 회전롤러 상측에 배치된 가열부와, 상기 유리관을 냉각시키기 위해 상기 복수의 회전롤러 하측에 배치된 냉각부를 포함하며, 상기 냉각부는, 매트릭스 상으로 배치된 복수의 팬을 포함하며, 상기 복수의 팬 중 적어도 일부는 회전수를 독립적으로 제어할 수 있는 것을 특징으로 한다.

형광램프, CCFL, EEFL, 소성, 냉각, 팬.

Description

형광램프 소성 장치 및 형광램프 소성장치의 형광램프 냉각방법{APPARATUS FOR BAKING FLUORESCENT LAMP AND METHOD FOR COOLING FLUORESCENT LAMP THEREOF}

본 발명은 형광램프 제조 공정에 관한 것으로, 형광램프 제조 공정 중 형광램프를 소성하는 장치 및 형광램프 소성장치에서의 형광램프 냉각방법에 관한 것이다.

평판 디스플레이 장치 중에서 액정표시소자는 자체적으로 발광하지 못하는 비발광소자이기 때문에 별도의 광원을 제공하는 백라이트 유닛(Back-Light Unit: BLU)이 요구된다.

이러한 백라이트 유닛에는 수 mm의 직경을 가지는 형광램프가 사용된다. 이 형광램프에는, 냉음극 형광램프(Cold Cathode Fluorescent Lamp: CCFL)와 외부전극 형광램프(External Electrode Fluorescent Lamp: EEFL) 등이 사용된다.

냉음극 형광램프(10)의 일반적인 구조를 보면 도 1에 도시된 바와 같이, 긴 유리관(11)과, 내측 양단에 부착된 양극(12) 및 음극(13)과, 유리관(11)의 양단에 형성되어 두 전극을 외부와 연결하는 리드(16)로 구성된다. 또한 유리관(11)의 내벽에는 형광물질(14)이 도포되어 있으며, 유리관의 내부 공간(15)은 수은 증기와, 아르곤, 네온 등 불활성 가스의 혼합가스가 충전되어 있다.

한편, 외부전극 형광램프(20)는 도 2에 도시된 바와 같이, 유리관(21)의 양끝을 봉합시키고, 램프(20) 양단을 외측에서 감싸는 형태의 전극(22, 23)을 형성시킨 구조이며, 이 외부전극(22, 23)에 의하여 유리관(21) 내에 전기장을 형성하여 기체를 방전시키는 방식이다. 마찬가지로, 상기 유리관(21)의 내벽에는 형광물질(24)이 도포되어 있으며, 유리관의 내부 공간(25)은 수은과 아르곤, 네온 등의 혼합가스가 충전되어 있다.

이러한 냉음극 형광램프나 외부전극 형광램프를 제조하는 과정은, 유리관 내부에 형광물질을 도포하는 도포공정, 도포된 형광물질을 소성하여 안정화시키는 소성공정, 소성된 유리관의 내부 기체를 배기하는 배기공정, 배기된 유리관 내부에 혼합가스를 충전하고 유리관을 봉합하는 봉합공정을 포함한다. 이러한 각 공정을 진행하는 장치들 사이에는 해당 장치로 유리관을 반입하는 로딩장치와, 해당 장치로부터 유리관을 반출시키는 언로딩 장치가 배치되며, 각 장치 사이 또는 각 장치 내부에서 유리관을 이송하는 이송장치가 구비된다.

또한 소성공정에 사용되는 형광램프 소성장치는 일정한 온도로 유리관을 가열하여야 하는데, 이를 위하여 가열장치가 구비되어 있다. 가열장치는 전기 히터와 같은 열원을 포함하며 유리관을 가열함으로써 유리관 내벽에 도포된 형광물질을 소성 및 안정화시킨다. 그런데 유리관은 직경이 수 mm 정도인 세관인데다가 직경 에 비해 길이가 매우 긴 편이므로, 유리관 전체에 걸쳐 균일하게 가열해야할 필요가 있다. 따라서 통상적으로 가열장치가 유리관을 가열하는 동안 유리관을 회전시킴으로써 유리관이 전체적으로 골고루 가열되도록 한다.

한편으로, 소성이 완료된 유리관은 상온에 근접하는 온도로 냉각시켜서 다음 공정으로 투입할 필요가 있다. 이를 위해 형광램프 소성장치에는 냉각장치로서 송풍팬을 구비하는 것이 일반적이다. 그러나, 유리관을 가열할 때와 마찬가지로, 냉각할 때에도 유리관 전체에 걸쳐 균일하게 냉각되도록 해야하는데, 송풍팬에 의해 공급되는 공기는 유리관 전체에 걸쳐 송풍량이나 송풍 압력이 균일하지 못하므로 유리관이 부분적으로 빨리 냉각되거나 느리게 냉각되는 현상이 생긴다. 이는 곧 열응력에 의해 유리관이 휘어져 변형되거나, 심한 경우 파손되는 결과를 가져온다. 유리관의 변형이나 파손은 최종 완제품인 형광램프의 불량이나 수율저하로 이어지게 된다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 유리관을 균일하게 냉각할 수 있는 형광램프 소성장치 및 형광램프 소성장치의 형광램프 냉각방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 그 밖의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관된 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 분명해질 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 형광램프 소성장치는, 형광램프 제조를 위한 유리관을 지지하여 회전시키는 복수의 회전롤러와, 상기 유리관을 가열시키기 위해 상기 복수의 회전롤러 상측에 배치된 가열부와, 상기 유리관을 냉각시키기 위해 상기 복수의 회전롤러 하측에 배치된 냉각부를 포함하며, 상기 냉각부는, 매트릭스 상으로 배치된 복수의 팬을 포함하며, 상기 복수의 팬 중 적어도 일부는 회전수를 독립적으로 제어할 수 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 형광램프 소성장치에 있어서, 상기 복수의 팬 중 회전수를 독립적으로 제어할 수 있는 일부는, 상기 유리관의 길이방향을 따라 배치된 일련의 팬인 것이 바람직하다.

한편 본 발명에 따른 형광램프 소성장치는, 상기 유리관의 길이방향에 따른 온도분포를 측정하는 온도측정수단과, 상기 온도측정수단이 측정한 온도분포에 따 라 상기 복수의 팬 중 적어도 일부의 회전수를 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 형광램프 소성장치의 형광램프 냉각방법은, 소성공정에 투입된 유리관의 길이방향을 따라 배열된 복수의 냉각팬에 도달한 상기 유리관의 길이방향에 따른 온도분포를 측정하는 단계와, 상기 측정된 온도분포에 상응하여 상기 복수의 냉각팬 각각의 적정 회전수를 산출하는 단계와, 상기 산출된 회전수대로 상기 복수의 냉각팬을 각각 회전시키는 단계를 포함하여 이루어진다.

본 발명에 따르면 냉각부를 복수의 팬으로 구성하고, 이들 중 적어도 일부의 팬의 회전수를 독립적으로 제어하여 변화시킬 수 있으므로, 유리관을 길이방향을 따라 전체적으로 균일하게 냉각시킬 수 있다. 따라서 결과적으로 유리관의 변형 및 파손이 최소화되며, 최종 완제품인 형광램프의 불량률을 감소시키고 수율을 향상시킬 수 있다.

이하에서는 첨부의 도면을 참조로 본 발명에 따른 형광램프 소성장치의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명에 따른 형광램프 소성장치의 일실시예를 개략 도시한 정면도이고, 도 4는 도 3의 실시예에서 승강수단의 부분 확대 단면도이다.

형광램프를 제조하기 위한 유리관(30)은 직경이 수 mm에 지나지 않는 세관인 바, 파손의 위험이 있고 회전시켜야 하므로 보다 강도가 높고 직경이 커서 회전시키기 용이한 석영관(40) 내부에 삽입된 채로 공정에 투입되는 것이 바람직하다.

가열부(130)는 유리관(30)의 내벽에 도포된 형광물질을 소성 및 안정화시키기 위한 것으로, 열을 방사하는 전기 히터 등으로 이루어진다. 가열부(130)에서 방사된 열은 석영관(40)을 투과하여 유리관(30) 내벽에 도포된 형광물질을 가열하게 된다. 가열부(130)는 예열구간(P1), 본가열구간(P2), 유지구간(P3) 및 냉각구간(P4)으로 나누어 볼 수 있는데, 예열구간(P1)은 상온 상태인 유리관(30)을 가열하기 시작하는 구간이며, 본가열구간(P2)은 형광물질의 소성에 필요한 온도까지 유리관(30)을 가열하는 구간이고, 유지구간(P3)은 유리관(30)의 온도를 가열된 상태로 유지시키는 구간이며, 냉각구간(P4)은 유지구간(P3)을 거치면서 소성완료된 유리관(30)을 외부로 반출하기에 앞서 냉각시키기 위해 가열온도를 낮추는 구간이다.

이송부(110, 120)는 이와 같이 가열부(130)의 하방에서 유리관(30)을 일방향으로 진행시키기 위한 것으로, 회전롤러(110)와 승강블럭(120)을 포함하여 이루어진다.

복수의 회전롤러(110)는 하나의 회전축에 한 쌍의 회전롤러가 마주보도록 결합되어 이루어진 단위롤러의 집합으로 구성된다. 즉, 복수의 회전롤러(110)는 한 쌍씩 하나의 단위롤러를 이루며, 각 단위롤러는 복수 개가 유리관(30) 즉, 석영관(40)의 진행방향을 따라 나란히 배치되되, 이웃하는 단위롤러 사이의 간격은 하나의 회전롤러(110)의 직경보다 작아서, 도 1의 정면도에서 보는 바와 같이 석영 관(40)의 진행방향을 따라 이웃하는 한 쌍의 회전롤러(110)는 일부분이 겹쳐보이도록 배치된다. 그러면 석영관(40)의 진행방향을 따라 이웃하는 한 쌍의 회전롤러(110) 사이에 V자 모양의 홈과 같은 형상이 만들어지는데, 석영관(40)은 이 홈 모양이 형성되는 지점에 위치하여 한 쌍의 회전롤러(110)에 의해 지지된다. 복수의 회전롤러(110)는 모두 같은 방향으로 회전할 수도 있으며, 서로 다른 방향으로 회전할 수도 있는데, 적어도 하나의 석영관(40)을 함께 지지하는 한 쌍의 회전롤러(110)는 서로 같은 방향으로 회전하여야 한다. 즉, 석영관(40)의 진행방향을 따라 이웃한 두 개의 회전롤러(110) 사이에 석영관(40)이 위치하면 이 석영관(40)은 이웃하는 두 회전롤러(110)에 의해 함께 지지되며, 두 회전롤러(110)가 같은 방향으로 회전하므로, 마찰에 의해 석영관(40)은 반대방향으로 회전하고, 석영관(40) 내부에 삽입된 유리관(30) 또한 회전하게 된다. 이와 같이 유리관(30)을 회전시키는 이유는 유리관(30)이 세관이기 때문에 가열 과정이 균일하지 못하면 변형되거나 파손될 수 있으므로, 유리관(30) 전체에 고르게 열이 전달되도록 하기 위한 것이다.

승강블럭(120)은 유리관(30)이 예열구간(P1)으로부터 냉각구간(P4)에 이르기까지 차례로 진행하도록 하기 위한 것으로, 상단에 V자 형태의 홈이 형성되어 있으며, 승강 및 수평방향 이동이 가능하도록 설치된다. 승강블럭(120)은 초기 위치에서 회전롤러(110)의 상단보다 낮은 위치에 있다가, 회전롤러(110)보다 높은 위치로 상승하도록 작동된다. 그러면 석영관(40)은 승강블럭(120)의 홈(121)에 지지되면서 회전롤러(110)로부터 이탈하게 된다. 다음으로 승강블럭(120)은 수평 방향으로 이동하는데, 그 방향은 예열구간(P1)으로부터 냉각구간(P4)을 향하는 방향이다. 수평 이동된 승강블럭(120)은 다시 하강하여 회전롤러(110)보다 낮은 위치로 내려간다. 이 과정에서 승강블럭(120)에 지지되어 있던 석영관(40)은 다른 회전롤러(110)에 지지되며, 승강블럭(120)은 석영관(40)과 이격되게 된다. 이때 석영관(40)이 지지되는 회전롤러(110)는 승강블럭(120)이 수평 방향으로 이동한 거리만큼 처음 지지되었던 회전롤러(110)보다 냉각구간(P4) 측으로 이격된 지점에 위치한 다른 회전롤러(110)가 된다. 이와 같이 석영관(40)을 회전롤러(110)로 옮겨 실은 승강블럭(120)을 회전롤러(110)보다 낮은 위치에서 수평 방향으로 이동시키되, 냉각구간(P4)에서 예열구간(P1)을 향하는 방향으로 이동시킨다. 그러면 승강블럭(120)은 초기 위치로 돌아가며, 1회의 이송 싸이클을 완성하게 된다.

이송부(110,120)의 상기와 같은 구성은 예시일 뿐이며 다른 구성을 가지는 것도 가능하다. 특히 승강블럭(120) 없이 회전롤러(110)의 외주면에 석영관(40)의 직경에 상당하는 홈을 형성함으로써 석영관(40)을 이웃하는 다른 회전롤러(110)로 이송시킬 수도 있다. 다만 이 경우 석영관(40)에 수용된 유리관(30)을 가열하기에 충분한 시간을 확보하기 위해 회전롤러(110)의 직경을 조정하거나, 회전롤러(110)의 회전속도를 가감하거나, 가열부(130)에서 방사되는 열량을 조절하는 등의 다른 조치를 취할 필요가 생길 수는 있다.

유리관(30)을 상온에 가깝도록 냉각시켜 다음 공정으로 전달하기 위해 가열부(130)의 냉각구간(P4)에 대응되는 위치에는 냉각부(140)가 추가로 배치된다. 냉각부에 대해서는 아래에서 다시 설명한다.

냉각부(140)는 회전롤러(110)의 하방에서 가열부(130)의 냉각구간(P4)과 대칭되도록 배치된다.

도 4는 도 3의 실시예에서 냉각부(140)와 유리관(30)의 상대적인 위치 관계를 개략 도시한 사시도이다. 냉각부(140)는 복수의 팬(141)으로 이루어지는데, 복수의 팬(141)은 매트릭스 상으로 배열되어 냉각부(140)는 전체적으로 장방형 형상을 가진다.이때 냉각부(140)의 가로 세로 중 어느 한 변의 길이는 최소한 유리관(30)의 길이에 최소한 근접한 값을 가져야 하며, 바람직하게는 초과하여야 한다. 복수의 팬(141)은 회전수를 독립적으로 제어할 수 있어야 한다. 그러나 모든 팬(141)의 회전수를 독립적으로 제어할 수 있어야 하는 것은 아니며, 그 일부만 회전수를 제어할 수 있어도 유리관의 불균일 냉각을 어느 정도 해소할 수는 있다. 특히 유리관(30)의 길이방향을 따라 배치된 일련의 팬들은 그 회전수를 각각 제어할 수 있는 것이 바람직하다. 도 4를 참조로 설명하자면, 복수의 팬(141)은 2X4 행렬의 형태로 배치되어 있어서 냉각부(140)가 장방형이 되도록 하는데, 냉각부(140)의 긴 변 방향이 유리관(30)의 길이방향과 나란하도록 배치되어 있다. 이 상태라면 복수의 팬(141) 중 유리관(30)의 길이방향과 나란한 4개의 팬은 적어도 회전수를 독립적으로 제어할 수 있는 것이어야 한다.

냉각부(140)의 각 팬(141)의 회전수를 독립적으로 제어할 수 있으며, 각 팬에서 토출되는 공기의 풍량, 풍속을 가변시킬 수 있으며, 유리관(30)의 길이방향에 따른 온도분포에 대응하여 각 팬의 회전수를 조절함으로써 유리관(30)이 그 길이방향을 따라 전체적으로 균일하게 냉각되도록 할 수 있다. 이를 위해 유리관(30)의 길이방향에 따른 온도분포를 측정하기 위한 온도측정수단과, 온도측정수단에 의해 측정된 온도분포에 따라 각 팬의 회전수를 최적의 상태로 제어하기 위한 제어부를 더 포함할 수 있다. 온도측정수단은 통상의 온도센서로 구성할 수 있으며, 제어부는 통상의 서보제어 관련 기술에 의해 구성할 수 있으므로 더 상세한 설명은 생략한다.

도 5는 본 발명에 따른 형광램프 소성장치의 형광램프 냉각방법의 일실시예의 순서도이다.

형광램프 소성장치에서 유리관을 균일하게 냉각시키기 위해, 먼저 소성공정에 투입된 유리관의 길이방향을 따라 배열된 복수의 냉각팬에 도달한 상기 유리관의 길이방향에 따른 온도분포를 측정한다(S101).

다음으로, 소성을 위해 일정 온도로 가열된 유리관의 길이방향에 따른 온도분포를 측정한다(S102). 측정된 온도분포가 미리 설정된 정상 범위를 벗어난 경우, 유리관의 온도분포를 정상 범위 이내로 만들기 위해 필요한 각 냉각팬의 적정 회전수를 산출한다(S103). 온도가 높은 유리관 부분에 배치된 냉각팬은 회전수를 올려주고, 온도가 낮은 유리관 부분에 배치된 냉각팬은 회전수를 낮춰주면서 경험적으로 최적의 회전수를 미리 구해놓을 수도 있으며, 온도가 높은 경우와 낮은 경우를 각각 몇 단계로 구분하여 각각의 단계에 대해 미리 회전수를 일률적으로 정해두고, 이를 적정 회전수로 삼을 수도 있다. 후자의 경우 온도분포를 측정하는 과정(S101)부터 반복적으로 수행하면 결국 최적의 회전수를 산출할 수 있게 된다. 필요한 각 냉각팬의 적정 회전수가 산출되면, 그 값에 따라 복수의 냉각팬 각각의 독립적으로 회전수를 제어하여 산출된 회전수대로 각각 회전하도록 한다(S104). 여기에서 냉각팬의 필요 회전수를 산출하는 과정이나, 그 산출된 값에 따라 냉각팬의 회전수를 조절하는 과정의 구체적인 내용은 통상의 마이크로 프로세서 및 이를 이용한 제어기술로 구현할 수 있으므로 상세한 설명은 생략한다.

본 발명에 따른 형광램프 소성장치의 작동에 대해 설명하기 위해 먼저 형광램프 소성장치에 투입된 유리관의 온도변화를 살펴본다.

도 6은 형광램프 소성장치에 투입된 유리관의 각 부분의 온도변화를 도시한 그래프이다. 유리관은 초기 투입 후 가열에 의해 온도가 상승하며, 일정 온도에 도달하면 그 온도를 어느 정도 유지한 후 냉각되게 된다. 도 6에서 점선으로 구분된 이후는 앞서 설명한 냉각구간(P4)에 해당한다. 이때, 유리관의 길이방향을 따라 양측 끝단과 중앙부에 온도 편차가 발생할 수 있다. 예를 들어 유리관의 중앙부는 C선과 같은 프로파일을, 우측단부는 R선과 같은 프로파일을, 좌측단부는 L선과 같은 프로파일을 가질 수 있다. 즉, 같은 시점에서 유리관의 중앙부(C)에 비해 우측단부(R)은 느리게 냉각되어 더 높은 온도를 보이며, 좌측단부(L)는 빠르게 냉각되어 더 낮은 온도를 보일 수 있다. 이와 같은 온도 편차가 크게 발생하면, 앞서 설명한 바와 같이 유리관의 변형이나 파손이 발생하므로, 본 발명에 따른 형광램프 소성장치의 냉각부의 각 팬의 속도를 개별적으로 조절하여, 유리관의 우측단부(R)에 인접한 팬은 회전속도를 높여 더 많은 냉각기를 공급하고, 좌측단부(L)에 인접한 팬은 회전속도를 낮추어 냉각기 공급을 감소시킨다. 그러면 유리관의 중앙부(C)의 온도와 좌우측단부(L,R) 각각의 온도를 최대한 균일하게 유지할 수 있다. 이는 본 발명에 따른 형광램프 소성장치의 냉각부에 구비된 복수의 팬이 유리관의 길이방향을 따라 배열되어 있으면서 각각 독립적으로 회전수를 제어할 수 있기 때문에 가능해진다.

앞에서 설명되고, 도면에 도시된 본 발명의 일 실시예는, 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안된다. 본 발명의 보호범위는 청구범위에 기재된 사항에 의하여만 제한되고, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 변경하는 것이 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 될 것이다.

도 1은 종래기술에 따른 CCFL의 구조를 나타낸 단면도,

도 2는 종래기술에 따른 EEFL의 구조를 나타낸 단면도,

도 3은 본 발명에 따른 형광램프 소성장치의 일실시예를 개략 도시한 정면도,

도 4는 도 3의 실시예에서 유리관과 냉각부의 상대적인 위치를 나타낸 사시도,

도 5는 본 발명에 따른 형광램프 소성장치의 형광램프 냉각방법의 일실시예의 순서도,

도 6은 형광램프 소성장치에 투입된 유리관의 온도변화를 도시한 그래프이다.

Claims (4)

1. 형광램프 제조를 위한 유리관을 지지하여 회전시키는 복수의 회전롤러와,

   상기 유리관을 가열시키기 위해 상기 복수의 회전롤러 상측에 배치된 가열부와,

   상기 유리관을 냉각시키기 위해 상기 복수의 회전롤러 하측에 배치된 냉각부를 포함하며,

   상기 냉각부는, 격자상으로 배치된 복수의 팬을 포함하며, 상기 복수의 팬 중 적어도 일부는 회전수를 독립적으로 제어할 수 있는 것을 특징으로 하는 형광램프 소성장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 복수의 팬 중 회전수를 독립적으로 제어할 수 있는 일부는, 상기 유리관의 길이방향을 따라 배치된 일련의 팬인 것을 특징으로 하는 형광램프 소성장치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 유리관의 길이방향에 따른 온도분포를 측정하는 온도측정수단과,

   상기 온도측정수단이 측정한 온도분포에 따라 상기 복수의 팬 중 적어도 일부의 회전수를 제어하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 형광램프 소성장치.
4. 소성공정에 투입된 유리관의 길이방향을 따라 배열된 복수의 냉각팬에 도달한 상기 유리관의 길이방향에 따른 온도분포를 측정하는 단계와,

   상기 측정된 온도분포에 상응하여 상기 복수의 냉각팬 각각의 적정 회전수를 산출하는 단계와,

   상기 산출된 회전수대로 상기 복수의 냉각팬을 각각 회전시키는 단계를 포함하여 이루어진 형광램프 소성장치의 형광램프 냉각방법.

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