KR101319300B1 - 냉음극형광램프와 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 장시간 사용하더라도 전극부의 온도를 일정하게 유지시킬 수 있으며 수은 뭉침 현상을 방지할 수 있는 냉음극형광램프와 그 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 냉음극형광램프는 방전관과, 상기 방전관의 내면에 형성된 형광체와, 상기 방전관 내에 설치되는 전극들과, 상기 전극 표면에 코팅되며, 세슘 산화물과 바인더가 혼합된 단일층의 혼합물을 구비한다.

Description

냉음극형광램프와 그 제조방법{Cold Cathod Flourescent Lamp and Fabricating Method thereof}
도 1은 종래의 냉음극형광램프를 나타내는 단면도.
도 2는 도 1에 도시된 냉음극형광램프의 전극부를 확대하여 나타내는 단면도.
도 3a는 냉음극형광램프의 초기 방전시의 온도 분포를 나타내는 그래프.
도 3b는 냉음극형광램프의 1000시간 경과 후의 온도 분포를 나타내는 그래프.
도 4는 도 1에 도시된 냉음극형광램프의 수은 뭉침 현상을 나타내는 단면도.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 냉음극형광램프를 나타내는 단면도.
도 6은 도 5에 도시된 냉음극형광램프의 전극부를 확대하여 나타내는 단면도.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 냉음극형광램프의 전극부를 확대하여 나타내는 단면도.
도 8은 종래와 본 발명의 전극부 위치에 따른 온도의 변화를 나타내는 그래프.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
102 : 방전관 104 : 불활성 혼합가스
106 : 형광체 108 : 단자
110 : 전극 112 : 코바 핀
114 : 비드 글라스 116 : 무기 산화물
본 발명은 광원으로 이용되는 램프에 관한 것으로, 특히 장시간 사용하더라도 전극부의 온도를 일정하게 유지시킬 수 있으며 수은 뭉침 현상을 방지할 수 있는 냉음극형광램프와 그 제조방법에 관한 것이다.
통상적으로, 퍼스널 컴퓨터 등의 전자기기에 사용되는 액정표시장치에는 액정패널의 배면으로부터 균일한 광을 조사하기 위한 백라이트용 광원으로서 냉음극형광램프가 사용된다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 종래의 냉음극형광램프는 방전관(2)과, 방전관(2) 내부 공간에 주입되는 불활성 혼합가스(4)와, 방전관(2) 내벽면에 도포되는 형광체(6)와, 방전관(2)의 양단에 형성되는 내부전극(10)과, 도시되지 않은 전원으로부터 공급되는 전원을 내부전극(10)으로 인가시키는 단자(8)와, 내부전극(10)과 단자(8) 사이를 전기적으로 접속시키는 코바 핀(kova pin, 12)과, 방전관(2)을 관통 하는 코바 핀(12)을 보호하도록 코바 핀(12)을 감싸는 비드 글라스(14)와, 내부전극(10) 상에 도포되는 세슘 산화물(16)로 구성된다.
방전관(2)은 실린더 형태로 제작되며 내부 공간에는 불활성 혼합가스(4)가 주입된다. 불활성 혼합가스(4)는 네온(Ne)과 아르곤(Ar)이 일정비율 혼합되며 수은(Hg)이 소량 함유된다. 내부전극(10)은 컵 형태로 제작되며, 내부전극(10) 표면에 세슘 산화물(16)이 도포된다.
세슘 산화물(16)은 일함수가 작아서 쉽게 전자를 내어주는 금속 산화물로서, Cs2O 또는 Cs2SO4가 주로 이용된다. 이러한 세슘 산화물(16)은 암흑시동을 개선하기 위한 목적으로 이용된다. 암흑시동이란 냉음극형광램프가 1[lux] 미만의 어두운 환경에서 장시간 노출되었을 때 그 내부의 방전공간에 초기전자가 없어 2차 전자 생성과 플라즈마 방전을 일으키기 어렵기 때문에 그 환경에서 냉음극형광램프의 전극들에 구동전압을 인가하는 초기에 플라즈마 방전이 일어나지 않거나 방전이 지연되는 현상이다. 세슘 산화물(16)은 전자를 쉽게 방출하기 때문에 암흑시동 환경에서도 냉음극형광램프에 초기 구동전압이 인가될 때 냉음극형광램프에 초기 전자를 방출하여 2차 전자의 생성을 빠르게 유도하여 플라즈마 방전을 쉽게 일어날 수 있게 한다. 또한, 세슘 산화물(16)은 내부전극(10) 상에 도포되어 내부전극(10)의 방전 구동전압을 낮추어 발광효율을 향상시킨다. 또한, 세슘 산화물(16)은 내부전극(10)의 온도를 낮추어 방전관(2)의 양 끝단에 각각 설치된 내부전극(10)의 온도 편차를 줄인다.
냉음극형광램프의 방전 원리를 살펴보면, 단자(8)를 통해 외부전원으로부터 의 구동전원이 내부전극(10)에 인가되면 냉음극형광램프는 방전을 일으킨다. 이 방전으로 인해 내부전극(10)에서 방출된 전자는 방전관(2) 내 방전공간에서 불활성 혼합가스(4)와 충돌하여 자외선을 발생시킨다. 다시 말하여, 불활성 혼합가스(4) 속에서 방전이 발생하여 불활성 혼합가스(4)의 전자가 기저상태(Ground State)에서 여기상태(Excited State)로 전이된다. 여기 상태에서 다시 기저상태로 천이되는데, 이 과정에서 불활성 혼합가스(4)는 자외선을 발생시키고, 이 자외선은 방전관형광체(6)를 발광시킨다.
냉음극형광램프의 초기 방전시 도 3a에 도시된 바와 같이 내부전극(10) 상에 세슘 산화물(16)을 도포한 제1 전극부(20)의 온도가 세슘 산화물(16)을 도포하지 않은 제2 전극부(30)에 비하여 낮다는 것을 알 수 있다. 이는 세슘 산화물(16)이 초기 방전시 냉음극형광램프의 제1 전극부(20)의 온도를 낮추었기 때문이다.
그러나, 냉음극형광램프를 장시간 사용한 후, 예를 들어 1000시간(1000hr) 경과 후에 전극부의 온도를 살펴보면 도 3b에 도시된 바와 같이 제1 전극부(20)의 온도가 높아진 것을 알 수 있다. 이는 제1 전극부(20) 상에 도포된 세슘 산화물(16)이 장시간 사용 후 온도를 낮추는 기능을 상실하였기 때문인데, 그 이유는 세슘 산화물(16)이 제1 전극부(20)의 내부전극(10) 상에 수용액 상태로 도포되었기 때문이다. 다시 말하면, 내부전극(10)과 세슘 산화물(16) 사이에 어떠한 화학적, 물리적 결합력 없이 단순히 정전기적 인력만으로 그 결합 상태가 유지되어 내부전극(10)과 세슘 산화물(16) 사이의 결합이 깨졌기 때문이다.
또한, 종래의 냉음극형광램프는 도 4에 도시된 바와 같이 내부전극(10)과 코바 핀(12) 사이에서 수은 뭉침 현상(18)이 나타난다. 이는 내부전극(10)에서는 높은 온도가 발생하지만, 열전도율이 낮은 코바 핀(12)에서는 온도가 내부전극(10)보다 낮기 때문이다. 이러한 온도 차이에 의해 수은이 내부전극(10)과 코바 핀(12) 사이에서 뭉치는 현상이 나타난다.
따라서, 본 발명의 목적은 장시간 사용하더라도 전극부의 온도를 일정하게 유지시킬 수 있으며 수은 뭉침 현상을 방지할 수 있는 냉음극형광램프와 그 제조방법을 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 냉음극형광램프는 방전관과, 상기 방전관의 내면에 형성된 형광체와, 상기 방전관 내에 설치되는 전극들과, 상기 전극의 표면에 형성된 세슘 산화물과 그와 다른 무기 산화물의 혼합물을 구비한다.
상기 무기 산화물은 산화 실리콘, 산화 알루미늄, 산화 티타늄 중 어느 하나를 포함한다.
상기 무기 산화물은 산화 실리콘, 산화 알루미늄, 산화 티타늄 중 2 종 이상이 혼합된 혼합물을 포함한다.
상기 냉음극형광램프는 외부 전원이 공급되는 외부단자와, 상기 전극과 외부단자 사이를 전기적으로 연결하는 코바 핀과, 상기 코바 핀을 감싸는 비드 글라스를 더 구비한다.
상기 방전관에는 네온(Ne)과 아르곤(Ar)을 포함한 불활성 가스와 수은(Hg)이 주입된다.
본 발명의 실시예에 따른 냉음극형광램프의 제조방법은 방전관, 상기 방전관의 내면에 형성된 형광체, 상기 방전관 내에 설치되는 전극들을 가지는 냉음극형광램프의 제조방법에 있어서, 세슘 산화물과 그와 다른 무기 산화물 바인더의 혼합액을 얻는 단계와, 상기 혼합액을 상기 전극에 코팅하고 건조시키는 단계와, 상기 건조된 혼합액을 소성시키는 단계를 포함한다.
상기 목적 외에 본 발명의 다른 목적 및 특징들은 첨부도면을 참조한 실시예에 대한 설명을 통하여 명백하게 드러나게 될 것이다.
이하, 도 5 내지 도 8을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하기로 한다.
제1 실시예
도 5 및 도 6을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 냉음극형광램프는 방전관(102)과, 방전관(102) 내부 공간에 주입되는 불활성 혼합가스(104)와, 방전관(102) 내벽면에 도포되는 형광체(106)와, 방전관(102)의 양단에 형성되는 내부전극들(110)과, 외부전원으로부터의 구동전원을 내부전극(110)으로 인가시키는 단 자(108)와, 내부전극(110)과 단자(108) 사이를 전기적으로 접속시키는 코바 핀(kova pin, 112)과, 방전관(102)을 관통하는 코바 핀(112)을 보호하도록 코바 핀(112)을 감싸는 비드 글라스(114)와, 내부전극(110)과 세슘 산화물 사이의 결합력을 강화시키도록 내부전극(110) 상에 코팅되는 무기 산화물(116)을 구비한다.
코바 핀(112)과 단자(118)는 방전관(102)의 양 끝단에 접합된 유리구슬 내에서 연결된다.
방전관(102)은 실린더 형태로 제작되며 내부 공간에는 불활성 혼합가스(104)가 주입된다. 불활성 혼합가스(104)는 네온(Ne)과 아르곤(Ar)이 일정비율 혼합되며 수은(Hg)이 소량 함유된다. 내부전극(110)은 컵 형태로 제작되며, 내부전극(110) 표면에 무기 산화물(116)이 코팅된다.
무기 산화물(116)은 세슘 산화물과, 그 세슘 산화물에 첨가된 산화 실리콘(SiO2) 바인더를 포함한다. 이 무기 산화물(116)은 도 6에 도시된 바와 같이 내부전극(110) 상에 국부적으로 코팅되거나, 도 7에 도시된 바와 같이 내부전극(110) 전면에 코팅된다.
세슘 산화물은 일함수가 작아서 쉽게 전자를 내어주는 산화물로서, Cs2O 또는 Cs2SO4가 주로 이용된다. 이러한 세슘 산화물은 암흑시동을 개선하기 위한 목적으로 이용된다. 또한, 세슘 산화물은 내부전극(110) 상에 국부적 혹은 전면 도포되어 내부전극(110)의 방전 구동전압을 낮추어 발광효율을 향상시키고, 내부전극(110)의 온도를 낮추어 방전관(102) 양 끝단에 각각 설치된 내부전극(110)의 온 도 편차를 줄인다.
산화 실리콘 바인더는 냉음극형광램프의 내부전극(110)과 세슘 산화물 사이의 결합력을 강화시켜 냉음극형광램프를 장시간 구동하더라도 냉음극형광램프의 전극부 온도가 높아지는 것을 방지한다.
이 산화 실리콘 바인더는 방전관(102) 내의 수은을 잡아당기는 전기적인 특성을 가진다. 이에 따라, 램프 구동시 산화 실리콘 바인더가 수은을 잡아당기고 있어 내부전극(110)과 코바 핀(112) 사이에서 수은이 뭉치는 현상이 방지된다.
이러한 무기 산화물(116)을 내부전극(110) 상에 형성하는 방법을 살펴보면, 먼저 세슘 산화물과 산화 실리콘 바인더를 혼합한다. 이 혼합액을 냉음극형광램프의 내부전극(110)에 코팅한 후, 열풍 건조시킨다. 이 후, 200 ~ 300℃ 온도로 열처리하여 산화 실리콘 바인더를 소성시킨다. 산화 실리콘 바인더로는 "Ludox"사에서 개발된 산화 실리콘 바인더를 사용할 수 있다.
이와 같은 냉음극형광램프의 방전 원리를 살펴보면, 단자(108)를 통해 전원으로부터 소정의 구동전원이 내부전극(110)에 인가되면 냉음극형광램프는 방전을 일으킨다. 이 방전으로 인해 내부전극(110)에서 방출된 전자는 방전관(102) 내 방전공간에서 불활성 혼합가스(104)와 충돌하여 자외선을 발생시킨다. 다시 말하여, 불활성 혼합가스(104) 속에서 방전이 발생해 불활성 혼합가스(104)의 전자가 처음의 상태인 기저상태(Ground State)에서 여기상태(Excited State)로 전이된다. 여기상태가 된 전자는 다시 기저상태로 천이되는데, 이 단계에서 불활성 혼합가스(104)는 자외선을 발생시킨다. 이 자외선은 방전관(102) 내벽면에 도포되어 있 는 형광체(106)를 발광시켜 가시광선을 만들어낸다.
본 발명의 실시예에 따른 냉음극형광램프는 도 8에 도시된 바와 같이 장시간 사용하더라도 전극부에서의 온도가 높아지지 않는다.
이를 상세히 하면, 냉음극형광램프를 장시간 사용한 후, 예를 들어 1000시간(1000hr) 경과 후에 전극부의 온도 분포를 살펴보면, 스퍼터링으로 인하여 발생된 열에 의해 세슘 산화물이 도포된 내부전극(110)의 제1 온도(①)가 제일 높고, 내부전극(110) 내에서의 열 이동으로 인하여 제2 온도(②)로 감소되고, 열전도율이 낮은 코바 핀(112)에서 제3 온도(③)로 감소된다. 여기서, 종래에는 전극부 위치에 따른 온도의 기울기가 커서 전극부에서 온도 차이가 심하게 나타나는데 반하여, 본 발명에서는 전극부 위치에 따른 온도의 기울기가 종래보다 완만하여 온도 차이가 나지 않는 것을 알 수 있다. 이와 같이, 내부전극(110)과 코바 핀(112) 사이의 온도 차이가 거의 없기 때문에 내부전극(110)과 코바 핀(112) 사이에서 수은이 뭉치는 현상을 방지할 수 있다.
제2 실시예
본 발명의 제2 실시예는 세슘 산화물과 산화 알루미늄(Al2O3)의 혼합물을 내부전극(110) 상에 코팅한다.
세슘 산화물은 물에 녹은 상태이고 표면장력이 균일하지 않다. 산화 알루미늄 바인더를 내부전극(110) 상에 형성하면 그 산화 알루미늄의 입자 사이로 세슘 산화물이 침투하여 세슘 산화물이 내부전극(110) 상에 균일한 두께로 형성될 수 있다. 결과적으로, 본 발명의 제2 실시예는 산화 알루미늄 바인더를 이용하여 세슘 산화물을 내부전극(110) 상에 균일한 두께로 넓게 형성한다.
세슘 산화물과 산화 알루미늄의 혼합물을 내부전극(110) 상에 형성하는 방법을 살펴보면, 먼저 세슘 산화물과 산화 알루미늄 바인더를 균일하게 혼합한다. 이어서 본 발명은 혼합액을 냉음극형광램프의 내부전극(110)에 코팅하고 열풍 건조시킨 다음, 소성시킨다.
제3 실시예
본 발명의 제3 실시예는 내부전극(110) 상에 세슘 산화물과 산화 티타늄(TiO2)의 혼합물을 코팅한다.
산화 티타늄은 세슘 산화물을 내부전극(110) 상에 견고하게 결착시키는 결착제이다.
세슘 산화물과 산화 티타늄을 내부전극(110) 상에 형성하는 방법을 살펴보면, 먼저 세슘 산화물과 산화 티타늄 바인더를 균일하게 혼합한다. 이어서, 본 발명은 혼합액을 냉음극형광램프의 내부전극(110)에 코팅하고, 열풍 건조시킨 다음, 소성시킨다.
한편, 본 발명의 다른 실시예는 산화 실리콘, 산화 알루미늄, 산화 티타늄 중 2 종 이상이 혼합된 혼합물을 포함한 무기 산화물을 세슘 산화물에 혼합하여 내부전극(110)에 코팅할 수도 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 냉음극 형광램프의 제조방법은 세슘 산화물에 산화 실리콘, 산화 알루미늄, 산화 티타늄 또는 이들의 혼합 조성물로 이루어진 무기 산화물을 세슘 산화물과 혼합하여 그 혼합액을 내부 전극 상에 코팅한다. 따라서, 본 발명에 따른 냉음극형광램프는 상기 무기 산화물로 인하여 전극과 세슘 산화물 사이의 결합력을 강화시켜 장시간 램프를 사용하더라도 전극부의 온도 상승을 억제할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 냉음극형광램프는 장시간 구동하더라도 전극과 코바 핀 사이의 온도 차이가 거의 없기 때문에 전극과 코바 핀 사이에서 수은이 뭉치는 현상을 예방할 수 있다.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.

Claims (8)

  1. 방전관과,
    상기 방전관의 내면에 형성된 형광체와,
    상기 방전관 내에 설치되는 전극들과,
    상기 전극 표면에 코팅되며, 세슘 산화물과 바인더가 혼합된 단일층의 혼합물을 구비하는 것을 특징으로 하는 냉음극형광램프.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 바인더는 산화 실리콘, 산화 알루미늄, 산화 티타늄 중 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉음극형광램프.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 바인더는 산화 실리콘, 산화 알루미늄, 산화 티타늄 중 2 종 이상이 혼합된 혼합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 냉음극형광램프.
  4. 제 1 항에 있어서,
    외부 전원이 공급되는 외부단자와,
    상기 전극과 외부단자 사이를 전기적으로 연결하는 코바 핀과,
    상기 코바 핀을 감싸는 비드 글라스를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 냉음 극형광램프.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 방전관에는 네온(Ne)과 아르곤(Ar)을 포함한 불활성 가스와 수은(Hg)이 주입된 것을 특징으로 하는 냉음극형광램프.
  6. 방전관, 상기 방전관의 내면에 형성된 형광체, 상기 방전관 내에 설치되는 전극들을 가지는 냉음극형광램프의 제조방법에 있어서,
    세슘 산화물과 바인더가 혼합된 혼합액을 얻는 단계와,
    상기 혼합액을 상기 전극에 코팅하고 건조시키는 단계와,
    상기 건조된 혼합액을 소성시켜, 상기 전극 표면에 코팅된 단일층의 혼합물을 얻는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉음극형광램프의 제조방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 바인더는 산화 실리콘, 산화 알루미늄, 산화 티타늄 중 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉음극형광램프의 제조방법
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 바인더는 산화 실리콘, 산화 알루미늄, 산화 티타늄 중 2 종 이상이 혼합된 혼합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 냉음극형광램프의 제조방법.
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