KR101092234B1 - 냉음극 형광램프용 전극체와 이를 구비한 냉음극 형광램프 - Google Patents

Abstract

본 발명은 냉음극 형광램프의 발광을 위해 밀폐상태의 유리관 내에서 전자를 방출시키는 전극체와 이를 구비한 냉음극 형광램프에 관한 것으로, 방전시 전자를 방출하는 컵(11); 통전을 위해 컵(11)과 연결되고, 45~55중량%의 니켈(Ni)과, 0.1~10중량%의 크롬(Cr)과, 나머지 중량%를 철(Fe)로 맞춰 합금된 내부도입선(12); 내부도입선(12)과 일렬로 연결돼 통전하는 외부도입선(13); 및 내부도입선(12)을 감싸듯 고정되며, 가열로 유리관(20)과 융착되는 비드글라스(14)를 포함하는 것이다.

Description

냉음극 형광램프용 전극체와 이를 구비한 냉음극 형광램프{Electrode set in the CCFL and CCFL thereof}

본 발명은 냉음극 형광램프의 발광을 위해 밀폐상태의 유리관 내에서 전자를 방출시키는 전극체와 이를 구비한 냉음극 형광램프에 관한 것이다.

냉음극 형광램프(CCFL; Cold Cathode Fluorescent Lamp)는 도 1(냉음극 형광램프의 모습을 개략적으로 도시한 도면)에 도시한 바와 같이, 수 mm 직경을 갖는 Borosilicate 유리관 내부에 보호막 및 형광체를 도포한 후, 양단에 공음극(hollow cathode; 전극체)을 설치해서 20~80 torr의 네온(Ne) 및 아르곤(Ar) 가스와 수 mg의 수은(Hg)을 봉입해 제작한 것이다.

이렇게 제작한 유리관 양단의 전극체에 전압을 인가하면 생성된 전기장에 의하여 전자가 가속되는데, 가속된 전자는 수은을 여기시켜서 185nm와 253.7nm의 자외선을 방출시키고, 이렇게 방출된 자외선은 형광체를 여기시켜서 가시광선으로 방출시킨다.

한편, 램프에 적용되는 유리관의 재질은 가공의 용이성, 열 충격에 대한 내구성, 전기저항성, 광 투과성, 솔라리세이션(Solarisation)의 미발생성, 기계적 강 도, 화학적 내구성, Gas 방출 방지를 위한 기밀성, 경제성 등이 요구된다.

이러한 요구를 충족하기 위해 형광램프의 유리관(벌브; Bulb)에는 소다석회유리(Soda Lime Glass)가 사용될 수 있고, 소다석회유리의 내면에 산화알루미늄 또는 산화티타늄 또는 CeO의 특수 보호 피막을 형성시켜서 램프의 광속유지율을 향상시키는 방법이 제안되었다.

일반적으로, 광 출력이 낮은 특수전구는 일반전구와 같이 소다석회유리를 사용할 수 있으나, 광 출력이 커지면 유리가 받는 열 부하가 증가하므로 경질유리를 사용해야 한다. 일 예로, 실드빔(Sealed Beam Lamp)에는 Pyrex급의 붕규산유리가 사용되고, 할로겐 램프, 수은램프 및 메탈할라이드 램프의 발광판에는 석영유리가 사용된다.

계속해서, 램프는 단순한 조명기능 이외에 텔레비전 또는 모니터 등과 같은 디스플레이어에도 활용된다. 일반적으로 LCD(LCD; Liquid Crystal Display)는 자체적으로 발광하지 못하기 때문에 LCD의 시인성 확보를 위해 LCD의 배면에는 백라이트유닛(BLC; Back Light Unit)이 마련된다. LCD의 백라이트유닛으로는 CCFL(Cold Cathode Fluorescent Lamp) 또는 EEFL(External Electrode Fluorescent Lamp)이 널리 사용되고 있으며, 근래에 들어서는 HCFL(Hot Cathode Fluorescent Lamp)을 사용하려는 연구, 개발이 이루어지고 있다.

이렇게 활용되는 램프는 단순 조명이 아닌 영상 출력이라는 특수한 목적을 수행하므로, 디스플레이어의 특성에 상응하는 세경화 및 고휘도 연출이 가능해야 한다.

통상적으로, 디스플레이어는 형광램프가 활용될 수 있고, 좀 더 상세하게는 냉음극 형광램프가 적용될 수 있다. 냉음극 형광램프는 열음극 형광램프와 비교해 3-5mm로의 세경화가 가능하고, 효율은 상대적으로 낮으나 공음극효과(Hollow Cathode Effect)를 이용하기 때문에 고휘도 연출이 가능하다는 장점이 있다.

그런데, 전술한 바와 같이 램프가 디스플레이어의 구성요소로 이용됨에 따라 저가의 램프개발 요구가 심화되어서, 램프 원가 중 비율이 높은 유리재질을 경질유리에서 저렴한 연질유리로 교체해야할 필요성이 대두되었다.

통상적으로, 연질유리는 산화나트륨(소다)의 함량이 10중량% 이상인 유리로, 연화점(軟化點)이 낮아 비교적 쉽게 녹아서 가공하기 쉬운 유리이다. 반면, 경질유리는 산화나트륨의 함량이 3중량% 이하이고 붕규산이 함유되는 유리로, 보통의 유리보다 경도(硬度) 및 연화점이 높아서 가공이 쉽지 않은 유리이다. 즉, 경질유리는 연질유리에 비해 그 가공 공정이 곤란하고 비용이 높아서, 경질유리를 이용해 제작된 냉음극 형광램프는 연질유리를 이용해 제작된 냉음극 형광램프에 비해 생산원가가 클 수밖에 없었다.

한편, 백라이트유닛으로 활용되는 냉음극 형광램프는 세경화를 통해 유리관의 직경이 매우 작은 구조를 이루므로, 다른 부품과의 결합이 용이하지 않다. 하지만, 상기 유리관은 형광램프의 기능 발휘를 위한 전극체 삽입이 요구되고, 이 전극체는 유리관의 양단에 끼워지면서 유리관의 밀폐를 이루어야 하므로, 유리관과 전극체의 결합은 쉽지 않은 작업이었다.

도 2(냉음극 형광램프의 유리관과 전극체의 체결모습을 순차 도시한 도면)에 도시한 바와 같이, 냉음극 형광램프는 유리관(20)과, 유리관(20)의 양단에 삽입돼 고정되는 전극체(10)를 포함하고, 전극체(10)는 유리관(20)에 삽입되는 컵(11)과, 컵(11)으로부터 인출되는 내부도입선(12)과, 내부도입선(12)에 통전하는 외부도입선(13) 및 내부도입선(12)의 둘레에 끼워져 유리관(20)의 내면과 접하는 비드글라스(14)를 포함한다.

컵(11), 내부도입선(12) 및 외부도입선(13)은 전도성 재질로 되어서 전기에너지를 받아 유리관(20) 내에서 전자를 방출시키는 공음극 구성이고, 비드글라스(14)는 유리관(20)에 접착되면서 전극체(10)를 고정시키는 한편 유리관(20)을 밀폐시키는 구성이다.

전극체(10)와 유리관(20)의 체결과정을 좀 더 구체적으로 설명하면, 도 2(a)(b)에 도시한 바와 같이 유리관(20)의 단부에 컵(11)이 삽입되도록 전극체(10)를 끼워서 비드글라스(14)와 유리관(20)이 서로 접하도록 하고, 도 2(c)에 도시한 바와 같이 유리관(20)의 단부에 열을 가해 유리관(20)과 비드글라스(14)가 서로 융착되도록 한다. 결국, 비드글라스(14)의 둘레면과 유리관(20)의 내면이 융착을 통해 상호 치밀하게 접하면서 유리관(20)의 밀폐성을 담보할 수 있게 된다.

한편, 물질은 열을 받으면 팽창하고 열을 잃으면 수축되는 물리적 성질을 갖는다. 이때, 열팽창 정도는 물질별로 다른 특성을 갖는 고유한 성질이므로, 다양한 물질이 서로 결합돼 이루어지면서 가열되는 부분의 경우에는, 열팽창률이 동일 유사한 물질들로 구성시켜서 가열 및 냉각에 따른 팽창과 수축 정도가 서로 유사하게 진행되도록 했다.

이에 따라, 전극체(10)를 구성하는 컵(11), 내부도입선(12), 외부도입선(13) 및 비드글라스(14) 또한 동일 유사한 열팽창률을 갖는 재질로 제작했다.

결국, 디스플레이어의 백라이트 유닛으로 활용되면서 동등 이상의 특성을 가지면서 생산원가를 낮출 수 있는 냉음극 형광램프가 요구되었다.

이에 본 발명은 상기와 같은 문제를 해소하기 위해 안출된 것으로, 냉음극 형광램프의 생산원가를 낮추면서도, 제작시 열팽창 및 수축에 의한 크랙 및 파손과 같은 불량 발생과 이로 인한 리크의 가능성을 최소화해서, 보다 효율적인 램프생산을 가능케 하는 냉음극 형광램프용 전극체와 이를 구비한 냉음극 형광램프의 제공을 기술적 과제로 한다.

상기의 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은,

방전시 전자를 방출하는 컵;

통전을 위해 컵과 연결되고, 45~55중량%의 니켈(Ni)과, 0.1~10중량%의 크롬(Cr)과, 나머지 중량%를 철(Fe)로 맞춰 합금된 내부도입선;

내부도입선과 일렬로 연결돼 통전하는 외부도입선; 및

내부도입선을 감싸듯 고정되며, 가열로 유리관과 융착되는 비드글라스(14);

를 포함하는 냉음극 형광램프용 전극체이다.

상기의 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은,

방전시 전자를 방출하는 컵; 통전을 위해 컵과 연결되고, 45~55중량%의 니켈(Ni)과, 0.1~10중량%의 크롬(Cr)과, 나머지 중량%를 철(Fe)로 맞춰 합금된 내부도입선; 내부도입선과 일렬로 연결돼 통전하는 외부도입선; 및 내부도입선을 감싸듯 고정되며, 가열로 유리관과 융착되는 비드글라스를 구비한 전극체와,

형광용 가스를 충진하고, 전극체를 삽입 수용하면서 가열에 의해 비드글라스(14)와 상호 융착돼 밀봉되는 유리관

을 포함하는 냉음극 형광램프이다.

상기의 본 발명은, 냉음극 형광램프의 생산원가 절감을 위해 유리관 및 비드글라스의 재질을 연질유리로 하고, 연질유리와 전극체 간의 열팽창률 매칭을 위해 내부도입선의 재질을 니켈, 철, 크롬을 포함하는 합금으로 해서, 열팽창 및 수축에 따른 유리관 및 비드글라스의 크랙 발생을 방지하고, 치밀한 봉합을 통해 기밀성을 담보할 수 있으며, 생산원가는 크게 낮출 수 있는 효과가 있다.

이하 본 발명을 첨부된 예시도면에 의거하여 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 냉음극 형광램프는 유리관(20)을 연질유리로 제작하고, 전극체(10; 도 2 참조)의 내부도입선(12)은 연질유리인 유리관(20)의 열팽창률에 상응하는 재질로 해서, 서로 밀착되는 유리관(20), 비드글라스(14) 및 내부도입선(12)이 전극체(10)와 유리관(20)의 융착시 가열 및 냉각으로 인해 동일한 팽창 및 수축이 진행될 수 있도록 한다.

이를 위해, 전극체(10)의 내부도입선(12)은 니켈(Ni), 철(Fe) 및 크롬(Cr)으로 구성된 합금으로 되고, 망간(Mn) 및 규소(Si)가 보강될 수 있다. 한편, 이러한 구성으로 된 내부도입선(12)의 표면에 적당한 두께의 산화층을 형성시킬 수 있다.

한편, 적용되는 연질유리의 성질에 따라 성분비율 조정으로 내부도입선(12)의 열팽창계수를 조정할 수 있는데, 열팽창계수의 조정은 25~350℃ 온도에서 니켈(Ni) 함량 비율로 조정 가능하고, 350~600℃ 온도에서는 크롬(Cr) 함량 비율로 조정할 수 있다.

내부도입선(12)은 45~55중량%의 니켈(Ni)과, 0.1~10중량%의 크롬(Cr)과, 잔여량인 35~54.9중량%의 철(Fe)로 구성된다.

니켈(Ni)은 도 3(철:니켈 합금의 니켈 함량에 따른 열팽창계수의 변화를 보인 그래프)에서 보이는 바와 같이, 연질유리의 열팽창률(Soft Glass Thermal Expansion Coefficient 8.5~10.0(25~300℃) x 10^-6/℃)과 유사하므로, 니켈(Ni)을 포함하는 내부도입선(12)이 냉음극 형광램프에 적용될 경우 연질유리로 제작되는 비드글라스(14) 및 유리관(20)과의 융착시 안정된 기밀 봉합과정을 진행할 수 있다.

내부도입선(12)의 열팽창률은 도 4(철:니켈:크롬 합금의 크롬 함량에 따른 열팽창계수의 변화를 보인 그래프)에 도시한 바와 같이, 400~600℃(고온)일 때 급격하게 증가한다.

한편, 실험을 통해 철(Fe) 및 니켈(Ni)만의 합금의 경우 0~300℃(저온)일 때는 연질유리와 비슷한 열팽창률을 가지면서 상대적으로 안정되지만, 고온일 경우엔 연질유리의 열팽창률이 급격하게 증가하는 반면 철(Fe) 및 니켈(Ni)만의 합금은 연질유리보다 낮은 열팽창률을 갖는 특성이 확인되어서, 연질유리로 제작된 냉음극 형광램프의 내부도입선(12)을 철(Fe) 및 니켈(Ni)만의 합금으로 조성할 경우 고온을 이용한 열융착시 비드글라스(14)는 심한 인장응력이 발생하기 쉽다. 이는 봉입부 크랙이나 미세리크가 발생되어 주요 불량의 원인이 된다.

따라서, 본 발명에 따른 전극체(20)의 내부도입선(12)은 철(Fe) 및 니켈(Ni) 합금에 크롬(Cr)을 첨가해서, 고온 환경에서도 상기 내부도입선(12)이 연질유리와 유사한 열팽창률을 보이도록 하고, 이를 통해 비드글라스(14)의 내외부가 일정한 열팽창 및 수축이 이루어지도록 한다.

전극체(10)의 내부도입선(12)과 비드글라스(14) 간의 기밀 봉합성 향상을 위해 내부도입선(12)의 표면에 0.01~1.00mg/cm²의 산화층을 형성시켜서 패킹 효과를 통해 냉음극 형광램프의 리크를 감소시킬 수 있다.

한편, 컵(11)은 공음극을 위한 형상을 이루고, 니켈(Ni), 몰리브덴(Mo), 니오브(Nb), 텅스텐(W), 탄탈(Ta), 토륨합금(ThW) 중 선택된 어느 하나 이상의 금속 또는 합금으로 제작될 수 있다.

아울러, 본 발명에 따른 냉음극 형광램프는 유리관의 형상에 따라 외형이 결정될 수 있는데, 직관형, U자형, L자형, ㄷ자형, ㄹ자형 등 다양할 수 있을 것이다.

참고로, 본 발명에 따른 냉음극 형광램프는 액정표시장치, 액정 TV나 장식 장치등의 백라이트용 외에, 유도등 혹은 일반 조명용의 기구 등에 활용될 수도 있을 것이다.

한편, 본 발명에 따른 내부도입선(12)은 망간(Mn) 또는 규소(Si)를 더 포함할 수 있다. 망간(Mn)은 내부도입선(12)의 인장 강도를 높여서, 외력에 대한 전극체(10)의 변형을 최소화하고, 규소(Si)는 내부도입선(12)의 열전도율을 높여서, 가열 융착 시 내부도입선(12)이 받는 열이 자체로 고르게 분산되어 일정한 열팽창 및 수축이 이루어지도록 한다.

이를 위해 망간(Mn)은 0.1~0.5중량%이 포함될 수 있고, 규소(Si)는 0.1~0.5중량%이 포함될 수 있을 것이다.

도 1은 냉음극 형광램프의 모습을 개략적으로 도시한 도면이고,

도 2는 냉음극 형광램프의 유리관과 전극체의 체결모습을 순차 도시한 도면이고,

도 3은 철:니켈 합금의 니켈 함량에 따른 열팽창계수의 변화를 보인 그래프이고,

도 4는 철:니켈:크롬 합금의 크롬 함량에 따른 열팽창계수의 변화를 보인 그래프이다.

Claims (7)

1. 방전시 전자를 방출하는 컵(11);

   통전을 위해 컵(11)과 연결되고, 45~55중량%의 니켈(Ni)과, 0.1~10중량%의 크롬(Cr)과, 0.1~0.5중량%의 규소(Si)와, 나머지 중량%를 철(Fe)로 맞춰 합금된 내부도입선(12);

   내부도입선(12)과 일렬로 연결돼 통전하는 외부도입선(13); 및

   내부도입선(12)을 감싸듯 고정되며, 가열로 유리관(20)과 융착되는 비드글라스(14);

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉음극 형광램프용 전극체.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 내부도입선(12)과 비드글라스(14) 간 기밀 봉합성 향상을 위해, 내부도입선(12)의 표면에 0.01~1.00mg/cm²의 산화층이 형성된 것을 특징으로 하는 냉음극 형광램프용 전극체.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 내부도입선(12)은 0.1~0.5중량%의 망간(Mn)이 더 포함된 것을 특징으로 하는 냉음극 형광램프용 전극체.
4. 삭제
5. 방전시 전자를 방출하는 컵(11); 통전을 위해 컵(11)과 연결되고, 45~55중량%의 니켈(Ni)과, 0.1~10중량%의 크롬(Cr)과, 0.1~0.5중량%의 규소(Si)와, 나머지 중량%를 철(Fe)로 맞춰 합금된 내부도입선(12); 내부도입선(12)과 일렬로 연결돼 통전하는 외부도입선(13); 및 내부도입선(12)을 감싸듯 고정되며, 가열로 유리관(20)과 융착되는 비드글라스(14)를 구비한 전극체(10)와,

   형광용 가스를 충진하고, 전극체(10)를 삽입 수용하면서 가열에 의해 비드글라스(14)와 상호 융착돼 밀봉되는 유리관(20)

   을 포함하는 것을 특징으로 하는 냉음극 형광램프.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 내부도입선(12)과 비드글라스(14) 간 기밀 봉합성 향상을 위해, 내부도입선(12)의 표면에 0.01~1.00mg/cm²의 산화층이 형성된 것을 특징으로 하는 냉음극 형광램프.
7. 제 5 항에 있어서,

   상기 유리관(20)의 형상은 직관형, U자형, L자형, ㄷ자형 또는 ㄹ자형 중 선택된 하나인 것을 특징으로 하는 냉음극 형광램프.

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