KR100899601B1

KR100899601B1 - 램프용 고효율 수은방출 게터 조성물

Info

Publication number: KR100899601B1
Application number: KR1020090009954A
Authority: KR
Inventors: 남기평; 강종태; 윤경민
Original assignee: 희성소재 (주)
Priority date: 2009-02-06
Filing date: 2009-02-06
Publication date: 2009-05-27
Also published as: TWI383422B; KR20090046754A; JP2010180475A; TW200939288A; CN101800156A

Abstract

본 발명은 LCD TV, 모니터 등에 Back Light로 사용되는 수은형 냉음극 형광 램프(CCFL, Cold Cathode Fluorescent Lamp) 또는 수은형 외부 전극 형광 램프 (EEFL, External Electrode Fluorescent Lamp)에 수은을 효과적으로 주입하기 위한 종래의 수은방출 게터 조성물보다 효율적인 수은방출특성을 갖는 수은방출 게터 조성물에 관한 것이다. 상기 조성물은 램프 내에 수은을 주입하기 위한 수은방출 조성물 (A)와 램프 내의 불순가스를 제거시키기 위한 게터 조성물 (B)로 구성된다. 상기 조성물은 Ni 도금처리 된 철 판재 혹은 니켈/철/니켈의 클래드 판재에 압입 가공되어 램프 생산 공정에 적용될 수 있다.

수은방출 게터 조성물, 게터 조성물, 수은방출 조성물,

Description

램프용 고효율 수은방출 게터 조성물{Mercury emission getter composition of high-efficiency for lamp}

본 발명은 LCD TV, 모니터 등에 Back Light로 사용되는 수은형과 무수은형 램프들 중에서 특히, 수은형 냉음극 형광 램프(CCFL, Cold Cathode Fluorescent Lamp) 또는 수은형 외부 전극 형광 램프 (EEFL, External Electrode Fluorescent Lamp)에 수은을 효율적으로 주입하기 위한 수은방출 게터 조성물에 관한 것이다.

상기 조성물은 산화방지 및 열전도도 향상을 위해 니켈 처리된 철 판재에 압입 가공되어 램프 생산 공정에 적용되며, 이 때 조성물 내의 수은을 활성화시키기 위해 고주파 가열장치 등이 사용된다. 종래의 수은방출 게터는 이러한 수은의 활성화 공정 시 약 900℃ 정도의 활성화 온도가 요구되며, 이는 Glass가 램프의 재료로 사용되는 거의 대부분의 램프제조 공정 시 램프의 손상이 야기될 수 있어 고가의 Hard Glass의 사용이 불가피하였다.

상기 램프는 구동시 휘도유지와 수명연장을 위해 램프 내 잔류가스가 적어야 할 뿐만 아니라 발광소스 역할을 하게 되는 수은을 필요로 하며, 램프 내에 수은을 주입하기 위해 종래에는 액상 수은을 통해 다양한 방법으로 적용되어 왔다. 하지만, 수은의 독성으로 인한 국제 규제들이 강화됨에 따라 램프의 제조 시에도 수 mg내의 수은만이 사용되어야 한다. 종래의 기술인 액상수은을 이용한 방법들은 수 mg내의 수은의 정량적인 램프 내 주입이 까다로워 다양한 조성의 수은 아말감 형태로 제조되어 적용이 되고 있으며, 현재는 보다 효율적인 기술로 발전되어가고 있다.

본 발명의 목적은 LCD Back Light용 수은형 램프들의 발광 소스로 사용되는 수은을 다른 금속 원소들과 안정적인 금속 화합물 형태로 제조한 수은방출 조성물과 불순가스 흡착능이 우수한 금속 원소로 구성되는 게터 조성물의 조합으로 이루어지는 본 발명의 수은 방출 게터 조성물이 종래의 수은방출 게터 조성물들의 활성화 온도인 700~900℃보다 낮은 활성화 온도인 약 700℃ 이하에서 수은의 거의 완전한 방출, 즉 램프 내부로의 거의 완전한 수은 주입을 가능하게 하는데에 있다. 상대적으로 낮은 활성화 온도에서 램프 내부로의 수은 주입이 용이하게 됨에 따라 본 발명의 결과물인 수은방출 게터 조성물을 램프생산에 적용할 경우 고가의 하드글라스를 사용하지 않고도 램프를 생산할 수 있는 이점이 있다.

램프 생산 공정 시 고주파 가열장치 등을 이용한 게터의 활성화, 즉 수은의 방출 과정에서 활성화 온도가 너무 높게 되면 전극 산화를 유발하고, 램프의 성능유지가 어려운 단점이 있을 뿐만 아니라 대용량의 고주파 가열장치가 요구되며 불필요한 전력소모가 발생하게 된다.

상기의 단점들은 램프 제조 시 제조 단가의 상승을 야기시키는 주된 원인으로 볼 수 있으며, 본 발명의 결과물인 램프용 고효율 수은방출 게터 조성물은 이러한 문제점을 극복하고자 개발되어진 것이다.

본 발명의 수은방출 게터 조성물은 수은방출 조성물 A와 게터 조성물 B로 구성되며, A:B가 X:10-X(X는 5~9 범위)의 혼합물로 구성되어 진다. 이 중 수은방출 조성물은 티타늄, 동 이외에 알루미늄, 지르코늄, 니켈 중 하나 이상의 원소 또는 알루미늄, 크롬을 용해하여 금속 화합물을 제조한 후, 이를 파쇄 및 분쇄 공정을 통해 106㎛ 이하의 분말로 체가름 한 후, 최적온도 및 조건 하에서 액상 수은과의 아말감화를 통해 제조될 수 있으며, 마지막 공정으로 파쇄 및 분쇄 공정을 통해 106㎛ 이하의 분말로 체가름 하여 얻을 수 있다. 게터 조성물은 지르코늄, 알루미늄 또는 지르코늄, 철을 용해하여 금속 화합물을 제조하고 이를 파쇄 및 분쇄 공정을 통해 150㎛ 이하의 분말로 체가름하여 얻을 수 있다.

본 발명은 LCD용 Back Light Lamp의 제조공정 중 램프 내부로 수은을 효율적으로 주입하기 위한 수은방출 게터 조성물에 관한 것이다.

본 발명의 수은방출 게터 조성물은 종래의 수은방출 게터 조성물에 비하여, 열전도율이 높은 금속원소를 조합하여 수은방출 게터 조성물 내의 수은 활성화 온도를 200℃ 이상 낮추면서도 거의 대부분의 수은을 방출시킬 수 있는 특징이 있다.

이로 인해 고주파 가열장치 등의 열원을 보다 효율적으로 사용할 수 있을 뿐만 아니라, 램프 전극 및 유리관의 손상을 최소화하여 최적의 램프 생산 공정을 가능케 할 수 있고, 램프재료 선택 시 고가의 하드글라스와 같은 재료의 선택을 피할 수 있어 궁극적으로는 램프 제조단가를 낮출 수 있는 장점이 있다.

상기 수은방출 조성물 분말과 게터 조성물 분말을 적절한 비율로 혼합한 수은방출 게터 조성물 분말은 도면 1과 같은 금속 철 판재에 압입 가공되어 수은방출 게터로 제조될 수 있으며, 도면 1 이외에도 다양한 타입의 용기에 적용이 가능하다.

통상적으로 수은형 냉음극 형광 램프(CCFL, Cold Cathode Fluorescent Lamp) 또는 수은형 외부 전극 형광 램프(EEFL, External Electrode Fluorescent Lamp)에 수은을 효율적으로 주입하기 위해 사용되는 수은방출 게터는 수은방출 조성물인 Ti-Hg 화합물에 게터 조성물인 Zr-Al 화합물을 혼합하여 구성되어지며, 사용되는 조건에 따라 여러 가지 금속 성분이 합금, 금속간 화합물, 화합물의 상태로 제조될 수 있다. 이러한 금속 원소들 중에서 상대적으로 열전도율이 높은 금속원소들인 알루미늄, 지르코늄, 니켈, 크롬 등을 적절히 첨가하면 수은방출 조성물 중 수은의 활성화 온도를 낮추어 보다 효과적으로 램프 생산 공정에 적용이 가능한 수은방출 조성물을 얻을 수 있으며, 통상적인 수은 방출 조성물에 상기 금속원소들을 첨가하였을 시 다음과 같은 각각의 기대효과가 있다. 알루미늄과 니켈은 상대적으로 원재료 비용이 낮고 열전도율이 높아 램프 내 수은 주입을 위한 고주파 가열 공정 시 수은 방출 효율을 높일 수 있을 뿐 만 아니라 취성이 강해 수은과의 합금 전 단계 인 예비합금의 분말화 공정 시 이점으로 작용할 수 있으며, 지르코늄은 가스 흡착능이 우수하여 일반적으로 널리 게터 물질로 적용되는 금속원소일 뿐 만 아니라 예비합금의 내식성 향상을 기대할 수 있으며, 크롬은 질소, 탄소 등과의 반응성이 좋으므로 지르코늄과 같이 게터 물질로의 적용이 가능할 뿐 만 아니라 알루미늄과 같이 취성이 강한 금속원소라는 이점이 있다.

- 본 발명 게터 조성물의 수은 방출효과 비교 실험 -

본 발명에 따른 수은방출 게터 조성물 12개의 샘플을 각각 도면 1에 도시된 바와 같이 오각형 단면을 가지는 와이어 형태로 제조하여, 일정한 형태로 절단하여 분석 시료를 준비하였다. 이 분석시료는 측면이 1.13 × 0.9 mm 이며 4.5 mm의 길이를 갖는다. 수은 방출율 테스트는 수은분석 측정기의 진공 챔버 내부에 각각의 샘플을 넣고 상온에서부터 700℃까지 유도 가열하는 방식으로 진행하였고, 700℃에서 30초간 유지시켰을 때의 누적 방출율을 최종 방출율로 하였다. 상기의 실험결과는 표 1에 수은 방출율을 %단위로 비교하여 나타내었다.

[비교 예 1]

수은방출 게터는 [표1]에 기재된 중량 조성비로 하여 티타늄과 수은을 포함하는 수은방출 조성물 A와 지르코늄과 알루미늄을 포함하는 게터 조성물 B를 포함하는 수은방출 게터이며 수은방출 조성물 (A)와 게터 조성물 (B)의 혼합 중량비는 A:B가 4:1이 되도록 혼합하여 구성하였다.

[실시 예 1~9]

수은방출 게터는 [표1]에 기재된 원소들의 중량 조성비로 알루미늄, 지르코늄, 니켈 중 하나 이상의 원소와 티타늄, 동, 수은으로 구성되는 수은방출 조성물 A 또는 알루미늄, 크롬과 티타늄, 동, 수은으로 구성되는 수은방출 조성물 A와 지르코늄과 알루미늄을 포함하는 게터 조성물 B를 포함하는 수은방출 게터 이며 수은방출 조성물 (A)와 게터 조성물 (B)의 혼합 중량비는 A:B가 4:1이 되도록 혼합하여 구성하였다.

[실시 예 10]

수은방출 게터는 [표1]에 기재된 원소들의 중량 조성비로 구성되는 수은방출 조성물로만 구성하였다.

[실시 예 11~12]

수은방출 게터는 [표1]에 기재된 원소들의 중량 조성비로 구성되는 수은방출 조성물 A와 지르코늄과 철을 포함하는 게터 조성물 B를 포함하는 수은방출 게터이며 수은방출 조성물 (A)와 게터 조성물 (B)의 혼합 중량비는 A:B가 4:1이 되도록 혼합하여 구성하였다.

상기 표 1에 따라, 비교 예 1은 Ti-Hg 화합물로만 구성된 수은방출 조성물과 Zr-Al으로 구성된 게터 조성물을 혼합하여 도면 1과 같은 형태의 5각 와이어 형태로 수은방출 게터를 제조하였고, 실시 예 1은 비교 예 1의 수은방출 조성물에서 Ti의 함량을 25.5% 줄이면서, Cu를 25%, Al을 0.5% 첨가하여, 수은방출 게터를 제조한 후, 수은 방출율을 확인하였을 때, 비교 예 1에 비하여 수은 방출율이 28% 증가한 것을 볼 수 있다.

실시 예 2는 비교 예 1의 수은방출 조성물에서 Ti의 함량을 30% 줄이면서, Cu를 25%, Al을 5% 첨가한 실시 예이다. 비교 예 1에 비하여, 수은 방출율이 25% 증가한 것을 볼 수 있다.

실시 예 3은 비교 예 1의 수은방출 조성물에서 Ti의 함량을 26% 줄이면서, Cu를 25%, Zr을 1% 첨가한 실시 예이다. 비교 예 1에 비하여, 수은 방출율이 26% 증가한 것을 볼 수 있다.

실시 예 4는 비교 예 1의 수은방출 조성물에서 Ti의 함량을 30% 줄이면서, Cu를 20%, Zr을 10% 첨가한 실시 예이다. 비교 예 1에 비하여, 수은 방출율이 30% 증가한 것을 볼 수 있다.

실시 예 5는 비교 예 1의 수은방출 조성물에서 Ti의 함량을 27% 줄이면서, Cu를 25%, Ni을 2% 첨가한 실시 예이다. 비교 예 1에 비하여, 수은 방출율이 29% 증가한 것을 볼 수 있다.

실시 예 6은 비교 예 1의 수은방출 조성물에서 Ti의 함량을 33% 줄이면서, Cu를 25%, Ni을 8% 첨가한 실시 예이다. 비교 예 1에 비하여, 수은 방출율이 28% 증가한 것을 볼 수 있다.

실시 예 7은 비교 예 1의 수은방출 조성물에서 Ti의 함량을 30.5% 줄이면서, Cu를 25%, Al을 0.5%, Zr을 5% 첨가한 실시 예이다. 비교 예 1에 비하여, 수은 방출율이 31% 증가한 것을 볼 수 있다.

실시 예 8은 비교 예 1의 수은방출 조성물에서 Ti의 함량을 29.5% 줄이면서, Cu를 25%, Al을 0.5%, Ni을 4% 첨가한 실시 예이다. 비교 예 1에 비하여, 수은 방출율이 19% 증가한 것을 볼 수 있다.

실시 예 9는 비교 예 1의 수은방출 조성물에서 Ti의 함량을 29.5% 줄이면서, Cu를 25%, Al을 0.5%, Cr을 4% 첨가한 실시 예이다. 비교 예 1에 비하여, 수은 방출율이 27% 증가한 것을 볼 수 있다..

실시 예 10은 비교 예 1의 수은방출 조성물에서 Ti의 함량을 35% 줄이면서, Cu를 15%, Al을 3%, Zr을 17% 첨가한 실시 예이다. 비교 예 1에 비하여, 수은 방출율이 24% 증가한 것을 볼 수 있다.

실시 예 11은 비교 예 1의 수은방출 조성물에서 Ti의 함량을 30.5% 줄이면서, Cu를 25%, Al을 0.5%, Zr을 5% 첨가한 실시 예이다. 비교 예 1에 비하여, 수은 방출율이 27% 증가한 것을 볼 수 있다.

실시 예 12는 비교 예 1의 수은방출 조성물에서 Ti의 함량을 38.5% 줄이면서, Cu를 25%, Al을 0.5%, Zr을 5%, Ni을 4%, Cr을 4% 첨가한 실시 예이다. 비교 예 1에 비하여, 수은 방출율이 26% 증가한 것을 볼 수 있다.

또한, 도면 2에서 확인할 수 있듯이 종래의 수은방출 게터인 비교 예 1에 비하여 실시 예들의 경우에는 모두 400~700℃구간에서의 수은 방출율이 현저히 높은 장점이 있으며, 700℃ 이전에 수은방출 게터 조성물 내의 거의 대부분의 수은이 완전히 방출되는 것을 볼 수 있다. 실시 예들 중에서도 Ti, Hg, Cu 이외에 Al을 0.5%, Zr을 5% 첨가한 실시 예 7이 가장 우수한 수은 방출 특성을 나타내었다.

도 1은 본 발명의 수은방출 게터 조성물의 압입 가공 시 사용되어지는 용기의 대표 형상의 예를 도시한 것이다.

도 2는 본 발명의 수은방출 게터 조성물을 포함하는 수은방출 게터들의 온도에 따른 수은 방출율을 비교 도시한 것이다.

Claims

수은방출 게터 조성물에 있어서,

티타늄 10~40%, 동 10~40%, 수은 20~60%의 중량비와, 알루미늄, 지르코늄, 니켈 중 하나 이상의 원소가 0.1~20%의 중량비를 가지는 수은방출 조성물을 A라 하고, 지르코늄 70~90%, 알루미늄 10~30% 또는 지르코늄 65~85%, 철 15~35%의 중량비를 가지는 게터 조성물을 B라 할 때, A:B가 X:10-X(X는 5~9 범위)의 혼합물로 구성되는 것을 특징으로 하는 수은방출 게터 조성물.
제 1항에 있어서,

상기 수은방출 조성물 A는 티타늄 10~40%, 동 10~40%, 수은 20~60%, 알루미늄 0.1~5%의 중량비를 가지는 것을 특징으로 하는 수은방출 게터 조성물.
제 1항에 있어서,

상기 수은방출 조성물 A는 티타늄 10~40%, 동 10~40%, 수은 20~60%, 지르코늄 0.1~20%의 중량비를 가지는 것을 특징으로 하는 수은방출 게터 조성물.
제 1항에 있어서,

상기 수은방출 조성물 A는 티타늄 10~40%, 동 10~40%, 수은 20~60%, 니켈 0.1~20%의 중량비를 가지는 것을 특징으로 하는 수은방출 게터 조성물.
제 1항에 있어서,

상기 수은방출 조성물 A는 티타늄 10~40%, 동 10~40%, 수은 20~60%, 알루미늄 0.1~5%, 지르코늄 0.1~20%의 중량비를 가지는 것을 특징으로 하는 수은방출 게터 조성물.
제 1항에 있어서,

상기 수은방출 조성물 A는 티타늄 10~40%, 동 10~40%, 수은 20~60%, 알루미늄 0.1~5%, 니켈 0.1~20%의 중량비를 가지는 것을 특징으로 하는 수은방출 게터 조성물.
수은방출 게터 조성물에 있어서,

티타늄 10~40%, 동 10~40%, 수은 20~60%의 중량비와, 알루미늄 0.1~10%, 크롬 0.1~10%의 중량비를 가지는 수은방출 조성물을 A라 하고, 지르코늄 70~90%, 알루미늄 10~30% 또는 지르코늄 65~85%, 철 15~35%의 중량비를 가지는 게터 조성물을 B라 할 때 A:B가 X:10-X(X는 5~9 범위)의 혼합물로 구성되는 것을 특징으로 하는 수은방출 게터 조성물.