KR101078174B1 - 2 대역 형광체를 갖는 방전램프 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 2 대역 형광체를 갖는 방전램프에 관한 것이다. 램프 동작시에 VUV 영역 내에서 전자기 방사선을 방출하는 방전매질을 둘러싸는 방전 용기(2)를 구비한 방전램프(1)는 방전 용기 벽의 내부면에서 방전매질과 대향하는 황색 형광층 및 황색 형광층 아래에 놓인 청색 형광층을 갖는다. 이러한 방식으로 종래의 3 대역 형광층 혼합물에 비해서 더 높은 광선속 및 더 적은 색궤적 변위가 달성된다.

Description

2 대역 형광체를 갖는 방전램프{DISCHARGE LAMP HAVING TWO-BAND PHOSPHOR}
도 1a는 유전체 장벽 방전 램프의 한 실시예의 측면도이다.
도 1b는 도 1a의 AB를 따라 절단한 램프의 횡단면도이다.
도 1c는 도 1b의 횡단면도의 부분 확대도이다.
도 2는 도 1a-1c에 따른 테스트 램프의 스펙트럼이다.
도 3a는 유전체 장벽 방전램프의 제 2 실시예의 측면도이다.
도 3b는 도 3a의 AB를 따라 절단한 램프의 횡단면도이다.
도 3c는 도 3b의 횡단면도의 부분 확대도이다.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
1; 1': 방전램프
2; 2': 방전 용기
3a, 3b: 금속전극
4; 7: 청색 형광층
5; 6: 황색 형광층
본 발명은 형광체를 갖는 방전램프에 관한 것으로서, 상기 방전램프의 동작시에 전자기 방사선은 방전 용기 내부에 포함된 방전매질에 의해 주로 VUV(vacuum ultra violet) 영역 내에서 방출된다. 상기 VUV 영역은 약 200nm 이하, 특히 약 100nm 내지 200nm의 범위에 있는 파장을 가리킨다. VUV 방사선은 형광체에 의해서 비교적 긴 파장의 방사선, 예컨대 가시 스펙트럼 영역으로 변환된다.
본 발명은 특히 유전체 장벽 방전에 의해 동작되도록 설계된 전술한 타입의 방전램프, 즉 유전체 장벽 방전램프에 관한 것이다. 이러한 타입의 방전램프는 그 자체로 종래기술에 공지되어 있고, 본원 출원인에 의한 이전 특허출원들에 매우 상세하게 설명되어 있다. 따라서 이러한 타입의 방전램프의 기초적인 물리적/기술적 사항들에 관해서는 더 이상 자세하게 설명하지 않고 대신에 관련된 종래기술로 참조될 것인데, 이 종래기술에서는 이러한 램프를 무성 방전 램프(silent discharge lamp)라고 표기하기도 한다. 이러한 램프는 특히 매우 우수한 방사선 발생율이 나타나는 펄스 모드 동작에 대해서도 적합하다. 이러한 램프는 통상적으로 바람직하게는 크세논과 같은 불활성기체 또는 불활성기체 혼합물로 채워진다. 램프가 동작할 때 방전 용기 내부에서 예컨대 Xe2 *와 같은 엑시머(excimer)가 생성되는데, 상기 엑시머는 약 172nm에서 최대값을 갖는 분자띠(molecular band) 방사선을 방출한다.
백색광(white light)을 필요로 하는 응용예, 예컨대 일반조명, 컬러스캐너(color scanner), 액정화면(liquid crystal display)의 배경조명에 있어서는 VUV 방사선이 적절한 백색광 형광체 혼합물에 의해서 변환된다. 이를 위해서 종래에는 적색(red), 녹색(green) 및 청색(blue)을 방출하는 형광체 성분(RGB)으로 이루어진 3 대역 형광체 혼합물이 사용되었다. 그러나 특히 통상적으로 사용되는 청색 형광체 성분은 램프 수명이 지속되는 동안 VUV 방사선에 의해서 손상됨으로써 광도가 약화되는 문제가 있다. 그 결과 형광체 혼합물의 개별 형광체 성분의 광도가 상이하게 변화됨으로써 색궤적(color locus) 변위가 증가하게 된다. 또한 청색 형광체 성분에 의해 방출된 방사선은 비교적 긴 파장의 스펙트럼 영역으로 변위된다. 게다가 공지된 적색 형광체 성분은 VUV 방사선에 의한 여기(excitation)에 대해 비교적 낮은 양자효율(Quantum efficiency)을 갖는다.
미국 특허공보 US-A 5 714 835에는 백색광 형광체 혼합물을 갖는 유전체 장벽 방전램프가 공지되어 있다. 이러한 백색광 형광체 혼합물의 성분으로는
적색 형광체 성분 (Y0.72Gd0.2Eu0.08)BO3,
녹색 형광체 성분 (La0.43Ce0.39Tb0.18)PO4,
그리고 청색 형광체 성분 (Ba0.94Eu0.06)MgAl10O17이 있다.
램프 내부에 있는 방전매질은 불활성기체 크세논이다. 램프가 동작하는 동안 방전매질은 200nm 보다 짧은 파장을 가지며 백색광 형광체 혼합물에 의해 백색광으로 변환되는 방사선을 방출한다.
본 발명의 목적은 전술한 문제점들을 제거하고, 동작시에 VUV 방사선을 방출하는 방전매질로 채워지고 조명특성(lighting properties)에 있어 긴 수명을 나타내는 형광체를 구비한 방전램프를 제공하는데 있다. 구체적인 본 발명의 목적은 램프 수명이 지속되는 동안 비교적 적은 색궤적 변위를 나타내는 램프를 제공하는데 있다. 또한 본 발명의 목적은 보다 높은 광선속(luminous flux)을 달성하는데 있다.
상기 목적은 방전 용기, 상기 방전 용기 내부에 존재하면서 램프 동작시에 VUV 영역 내의 전자기 방사선을 방출하는 방전매질, 그리고 방전 용기 벽에 인가되는 형광체를 구비하며, 상기 형광체가 황색 형광체 성분 및 청색 형광체 성분으로 이루어지는 것(2 대역 형광체)을 특징으로 하는 방전램프에 의하여 달성된다.
본 발명의 특히 바람직한 실시예는 종속항에 제시된다.
본 발명에 따르면 형광체에 적색 형광체 성분이 필요없기 때문에, 즉 비교적 낮은 VUV 여기 효율(excitation efficiency)을 갖는 형광체 성분이 필요없기 때문에 더 높은 광선속이 달성될 수 있다.
원칙적으로는 두 형광체 성분이 형광체 혼합물로서 하나의 형광층 내에 제공될 수 있다. 그 장점은 형광체 방사선에 대해 획득된 색궤적이 층 두께의 제조 편차에 좌우되지 않으며, 따라서 두 형광체 성분들이 각각 별개의 층 내에 제공되는 경우 보다 더 쉽고 더 정확하게 유지될 수 있다는데 있다. 이에 대한 더 자세한 사항들은 실시예에서 설명될 것이다.
그러나 두 형광체 성분 각각이 별개의 형광층, 즉 황색 형광층 및 청색 형광층에 제공되는 것이 바람직할 수도 있다. 제 1 변형예에서 형광층은 방전매질에서 볼 때 황색 형광층인 YAG:Ce이 먼저 오고 청색 형광층인 BaMgAl10O17:Eu이 뒤따르는 순서로 되어있다. 이를 위해서 두 형광층들이 방전 용기 벽의 내부면에 적용되는데, 특히 청색 형광층이 황색 형광층의 하부에 배치된다. 이와 같이 하면 황색 형광층이 고에너지의 VUV 방사선을 부분적으로 흡수함으로써 그 아래에 있는 VUV 민감 청색 형광층을 보호한다는 또다른 장점이 제공된다. 이러한 방식으로 청색 형광층의 개선된 긴 수명이 달성된다. 위에서 언급한 조치들을 실행한 결과, 이러한 VUV 민감 형광체의 광도 손실-통상적으로 VUV 방사선과 연관됨- 및 이로 인해 형광층 혼합물의 경우 야기되는 색궤적 변위가 방지되거나 또는 적어도 감소된다. 또한 황색/청색 형광체 조합을 구체적으로 선택함으로써, 예컨대 YBO3:Eu와 같은 비교적 비효율적인 적색 형광체 성분의 사용을 배제할 수 있다. 이러한 방식으로 비교적 높은 광선속이 달성될 수 있다.
제 2 변형예에서는 두 형광체 성분이 뒤바뀐 순서로 적용되는데, 즉 방전매질을 기준으로 처음에 있는 "외부" 형광층은 BaMgAl10O16:Eu와 같은 청색 형광체 성분으로 이루어진다. 반면에 방전매질을 기준으로 두번째에 있는 "내부" 형광층은 예컨대 YAG:Ce와 같은 황색 형광체 성분으로 이루어진다. 이 경우에 "외부" 청색 형광층의 두께는 그 안으로 유입되는 VUV 방사선이 청색 형광층에서 실질적으로 완전히 흡수됨으로써 그 아래에 있는 "내부" 황색 형광층이 VUV 방사선으로부터 실질적으로 완전히 차폐되도록 선택된다. 따라서 황색 형광층은 청색 형광층에 의해 방출된 청색 방사선에 의해서만 여기된다. 그 결과 램프 점화가 지속되는 동안 황색 방사선은 충돌 VUV 방사선에 의한 청색 형광층의 열화(degradation)에 기인하여 청색 방사선과 같은 비율로 감소한다. 이러한 조치에 의해서 결과적으로 바람직한 색궤적은 램프의 동작 시간과는 거의 상관없이 일정하게 유지될 수 있다. "외부" 청색 형광층을 위해 BaMgAl10O16:Eu가 사용될 경우에는 층 무게가 약 3.20 내지 3.40mg/cm2의 범위로 제공되는 것이 적합한 것으로 증명되었다.
원칙적으로는 VUV 방사선에 의해 여기될 수 있는 공지된 모든 황색 형광체 성분 또는 청색 형광체 성분, 바람직하게는 높은 양자 효율을 갖는 성분들이 적합하다. 이러한 형광체 성분을 구체적으로 제시하면 다음과 같다.
황색 형광체 성분으로서 적합한 예는 다음과 같다:
A) (Y, Gd, Tb)AG:Ce,
청색 형광체 성분으로서 적합한 예는 다음과 같다:
B) BaMgAl10O17:Eu;
C) SrMgAl10O17:Eu;
D) (Ba, Sr)MgAl10O17:Eu.
위에 제시된 형광체 성분들에서 화학량론적 조성을 약간 변형하는 것은 통상적인 것이므로 전술한 내용에 포함된다.
실시예를 참고로 하여 본 발명을 더 자세히 살펴보면 다음과 같다.
도 1a-1c에 관련하여 본 발명의 한 실시예를 설명하면 다음과 같다.
방전램프(1)는 약 10mm의 외부 직경을 가지며 양측면이 밀봉된 관형 방전 용기(2)를 갖는다. 상기 방전 용기(2)는 소다석회유리로 만들어지고 방전매질로서 약 15kPa의 압력을 갖는 크세논으로 채워진다. 방전 용기(2) 벽의 외부면에서 선형 도체트랙(conductor track)으로 형성된 두 개의 금속전극(3a, 3b)이 서로의 맞은편에서 방전 용기의 종축에 평행하게 제공된다. 방전 용기(2) 벽의 내부면(약 450cm2)에는 "내부" 형광층(4) 및 "외부" 형광층(5)이 제공된다. 방전매질을 기준으로 첫 번째에 있는 "외부" 형광층(5)은 황색 형광체 성분인 YAG:Ce로 이루어진다. 방전매질을 기준으로 두번째에 있는 "내부" 형광층(4)은 BaMgAl10O16:Eu로 이루어진다.
여러 층 무게 또는 두 층(4 또는 5)의 층 무게 비율을 갖는 다수의 테스트 램프가 이러한 램프 타입(I)으로 제조되었다. 이것에 의해 달성된 색궤적(CIE 표준 색도표에 따른 것임)의 좌표를 표로 제시하면 다음과 같다.
램프번호 층 5(mg/cm2) 층 4(mg/cm2) 층 비 4/5 x y
1 2.69 3.22 1.20 0.420 0.501
2 2.87 3.07 1.07 0.423 0.501
3 3.02 2.84 0.94 0.424 0.500
4 1.78 2.91 1.64 0.415 0.498
5 1.11 3.00 2.70 0.391 0.474
6 1.27 2.82 2.23 0.402 0.490
7 0.62 2.44 3.93 0.336 0.395
8 0.69 2.62 3.81 0.343 0.408
9 0.76 2.73 3.62 0.356 0.425
10 0.49 2.84 5.82 0.309 0.355
11 0.49 2.98 6.09 0.317 0.367
12 0.38 3.07 8.12 0.290 0.328
램프번호 12의 경우에는 표준 RGB 램프에 비해 13%의 보정된 휘도 증가가 달성된다. 이와 같이 측정된 램프의 스펙트럼은 도 2에 도시된다. 여기서 Y축 및 X 축은 각각 상대적 에너지와 파장(nm)을 나타낸다.
도 3a 내지 도 3c에 관련하여 본 발명의 또다른 실시예를 설명하면 다음과 같다.
이 경우에는 두 개의 형광체 성분이 제 1 실시예의 순서와는 반대로 제공된다. 즉 방전매질을 기준으로 처음에 있는 "외부" 형광층(7)은 청색 형광체 성분인 BaMgAl10O16:Eu으로 이루어진다. 방전매질을 기준으로 두 번째에 있는 "내부" 형광층(6)은 황색 형광층 성분인 YAG:Ce으로 이루어진다. 청색 형광층과 황색 형광층의 여러 층 두께 비율을 갖는 다수의 테스트 램프가 이러한 램프 타입(II)으로 제조되었다. 이것에 의해 달성된 색궤적(CIE 표준 색도표에 따른 것임)의 좌표를 표로 제시하면 다음과 같다. 여기서 층 두께는 일반적으로 통상적인 대응 층 무게로 표시된다.
램프 번호 층 7(mg/cm2) 층 6(mg/cm2) 층 비 6/7 x y
13 3.20 0.36 0.11 0.201 0.182
14 3.36 0.39 0.12 0.209 0.195
15 3.39 0.45 0.13 0.209 0.194
16 3.34 1.00 0.30 0.276 0.300
17 3.39 1.00 0.29 0.287 0.312
18 3.27 0.88 0.27 0.275 0.296
또다른 실시예는 청색 형광체 성분인 BaMgAl10O16:Eu(BAM) 및 황색 형광체 성분인 YAG:Ce(YAG)이 혼합되어 있는 단지 하나의 형광층을 갖는, 앞서 기술한 두 개의 실시예의 램프에 대한 변형예(도시되지 않음)와 관련된다.
마찬가지로 청색 형광층과 황색 형광층의 여러 비를 갖는 다수의 테스트 램프가 이러한 램프 타입(III)으로 제조되었다. 이것에 의해 달성된 색궤적(CIE 표 준 색도표에 따른 것임)의 좌표를 표로 제시하면 다음과 같다.
램프번호 층(mg/cm2) BAM/YAG 비율 x y
19 3.18 95/5 0.194 0.174
20 3.27 95/5 0.198 0.183
21 3.27 85/15 0.283 0.310
22 3.32 85/15 0.288 0.317
23 3.14 85/15 0.284 0.311
24 3.36 75/25 0.337 0.383
25 3.22 75/25 0.329 0.373
26 3.09 75/25 0.327 0.370
아래의 도표는 100 내지 500 시간의 연소후의 테스트 램프-전술한 실시예에서 제시됨-의 지속 데이터의 개요를 보여준다. 2 대역 램프의 세 개의 타입(I, II, III) 모두는 종래의 3 대역 디자인(RGB)에 비해 더 높은 색궤적 안정성을 나타내는 것을 알 수 있을 것이다. 이때 청색 형광층이 방전과 마주하는 II 타입의 디자인은 광선속의 최대 감소를 나타내며, 동시에 최대 색궤적 안정성을 갖는다.

램프타입		 0-100h
 0-500h
Rel.
광선속(%)		 △x △y Rel.
광선속(%)		 △x △y
I -7% 0.003 0.002 -8% 0.003 0.002
II -7% -0.001 0.003 -12% -0.001 0.003
III -4% 0.003 0.002 -8% 0.003 0.003
RGB -5% 0.006 0.005 -7% 0.007 0.009
지금까지 특히 관형 방전램프의 예에 대해서 설명하였지만, 본 발명이 이러한 램프타입에만 제한되는 것은 아니다. 오히려 본 발명은 방전 용기의 형태와는 무관하게 바람직한 작용을 나타낸다. 따라서 문서 US-A 5 994 849에 공지된 바와 같은 평면 램프 타입이 매우 적합하다. 또한 전극이 방전 용기 벽의 외부면에 부착되는지, 또는 선택적으로 내부면에 부착되어서 유전층으로 커버되는지는 중요하지 않다. 또한 전극이 완전히 방해되지 않을 수도 있다. 도입부에서 논의된 문제들과 관련하여 볼 때 중요한 것은 오로지 방전매질이 램프 동작시에 VUV 방사선을 방출한다는 점이다. 그러나 이와 관련하여 볼 때 유전체 장벽 방전램프가 매우 유리하며, 이는 상기 유전체 장벽 방전램프가 앞서 언급한 바와 같이 특수한 펄스 동작시에 특히 효과적으로 VUV 방사선을 발생시킬 수 있기 때문이다.
본 발명에 의해 동작시에 VUV 방사선을 방출하는 방전매질로 채워지고 조명특성에 있어 긴 수명을 제공하는 형광체를 구비한 방전램프가 제공된다. 특히 램프 수명이 지속되는 동안 비교적 적은 색궤적 변위를 갖는 램프가 제공된다. 또한 비교적 높은 광선속(luminous flux)이 달성된다.

Claims (12)

  1. 방전램프로서,
    방전 용기,
    상기 방전 용기의 내부에 배치되고 램프 동작 동안에 VUV 영역 내의 전자기 방사선을 방출하는 방전매질; 및
    상기 방전 용기의 벽에 적용되는 형광체
    를 포함하고,
    상기 형광체는 황색 형광체 성분 및 청색 형광체 성분으로 이루어지고,
    상기 두 개의 형광체 성분들은 황색 형광층 및 청색 형광층으로 각각 별개의 형광층으로 적용되며,
    상기 두 개의 형광층들 모두가 상기 방전 용기의 벽의 내부면에 적용되고, 상기 황색 형광층이 상기 청색 형광층의 하부에 배치되며, 상기 청색 형광층의 두께는 상기 황색 형광층이 상기 청색 형광층에 의해 VUV 방사선으로부터 완전히 차폐되도록 선택되는,
    방전램프.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 황색 형광체 성분으로서 (Y, Gd, Tb)AG:Ce가 제공되는,
    방전램프.
  8. 제 1항 또는 제 7항에 있어서,
    상기 청색 형광체 성분으로서 BaMgAl10O17:Eu이 제공되는,
    방전램프.
  9. 제 1항 또는 제 7항에 있어서,
    상기 청색 형광체 성분으로서 SrMgAl10O17:Eu이 제공되는,
    방전램프.
  10. 제 1항 또는 제 7항에 있어서,
    상기 청색 형광체 성분으로서 (Ba, Sr)MgAl10O17:Eu가 제공되는,
    방전램프.
  11. 제 1항 또는 제 7항에 있어서,
    상기 방전매질이 불활성기체 크세논을 포함하는,
    방전램프.
  12. 제 1항 또는 제 7항에 있어서,
    상기 방전램프가 유전체 장벽 방전램프로서 형성되는,
    방전램프.
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