KR101629624B1 - 세라믹-유리 복합체 전극과 이를 갖는 형광 램프 - Google Patents

세라믹-유리 복합체 전극과 이를 갖는 형광 램프 Download PDF

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Abstract

세라믹-유리 복합체 전극과 이를 사용하는 형광 램프가 제공된다. 세라믹-유리 복합체로 만들어진 세라믹-유리 복합체 전극(430)은 형광 램프(400)의 유리 튜브(412)의 단부에 배치된다. 유리 튜브(412)의 단부에 배치된 블록킹 부재(414)는 세라믹-유리 복합체 전극(430)에 대항하여 배치되어, 유리 튜브에 달린 세라믹-유리 복합체 전극의 위치를 제한하고, 유리 튜브와 세라믹-유리 복합체 전극이 접착될 때 유리 튜브 내로 접착제(440)가 흐르는 것을 방지함으로써, 형광 램프의 서비스 수명을 연장할 수 있다.

Description

세라믹-유리 복합체 전극과 이를 갖는 형광 램프{CERAMIC-GLASS COMPOSITE ELECTRODE AND FLUORESCENT LAMP HAVING THE SAME}
본 발명은 전극 및 형광 램프, 특히 형광 램프의 유리 튜브에 접착제가 들어가는 것을 방지하고, 따라서 수명을 연장할 수 있는 세라믹-유리 복합체 전극과 이를 갖는 형광 램프에 관한 것이다.
도 1은 종래 기술에 따른 백라이트 모듈의 냉음극 형광 램프의 단면도를 도시한다. 형광 램프(100)는 유리 튜브(120)를 포함하는데, 이는 양단에 삽입된 한 쌍의 컵 모양의 금속 전극(110)과 이들 2개의 금속 전극(110)의 단부에 연결된 2개의 리드(130)를 포함한다. 형광 램프(100)를 제조하면서, 형광 램프(100)가 특정 진공 수준으로 펌핑되더라도, 1차 전자는 여전히 자연스럽게 우주선(cosmic rays)의 모양에 따라 내부에 나타난다. 형광 램프(100)의 제조 공정에서, 진공 처리 후, 형광 램프(100)는 50 토르 초과의 압력에서 네온-아르곤(Ne-Ar) 가스(150)로 채워진다. 높은 AC 전압이 형광 램프(100)의 양단에 있는 금속 전극(110)에 인가되면, 1차 전자는 전계에 의해 가속되고 따라서 Ne-Ar 가스(150)를 이온화한다. 이온화가 지속하면, 스파크 플라즈마가 형성되는데, 여기서 양이온(160)과 음극 전자(140)가 공존한다. 양이온(160)과 전자(140)가 2개의 금속 전극(110)을 산란시키고 이에 의해 중화된다. 이러한 상황에서, 2차 전자가 산란에 의해 2개의 금속 전극(110)으로부터 생성되므로 지속적인 방전을 가능케 한다. 따라서, 2차 전자의 생성은 지속적으로 발광을 구현하기 위한 중요한 요소이다. 2차 전자의 방출이 지지되는 경우, 높은 밝기가 유지된다.
전자(140)가 중립 수은 원자(170)를 산란시키면, 수은 원자(170)는 여기된다. 여기된 수은 원자(170)가 바닥 상태로 돌아가면, UV 광(180)을 방출할 수 있다. UV 광(180)은 유리 튜브(120)의 내부 측벽에 코팅된 인(190)에 방출되고, 따라서 가시광(181)으로 변환된다. 따라서, 전자(140) 또는 양이온(160)은 금속 전극(110)에 충돌되고 그곳을 스퍼터링한다. 스퍼터링 후 산란된 금속 전극 재료는 수은 원자(170)에 부착되어 착물(complex)을 형성한다. 착물이 금속 전극(110)의 주위에 피착되면, 어두워지는 현상이 발생하는데, 이는 형광 램프(100)의 수명을 단축하게 하고 형광 램프(100)에 큰 문제를 가지고 온다.
이 문제를 극복하기 위해 여러 가지 방법이 제안된다. (1) 형광 램프(100)에 채워진 Ne-Ar 가스(150)의 자극 및 이온화에 따라 페닝 효과를 사용하여 초기 방전 전압을 줄이기 위한 방법. 따라서, 금속 전극(110)에 대한 전자(140) 또는 양이온(160)의 충돌을 줄일 수 있고, 따라서 스퍼터링을 약화시킨다. (2) 가능한 가장 낮게 공기 압력을 낮춤으로써 초기 방전 전압을 줄이기 위한 방법. 그럼에도 불구하고, 초기 방전 전압이 매우 낮으면, 금속 전극(110)에 충돌하는 양이온(160) 또는 전자(140)의 운동 에너지는 감소하고 따라서 금속 전극(110)으로부터의 2차 전자의 방출을 줄인다. 따라서, 형광 램프(100)의 밝기가 약화된다.
이러한 문제를 극복하기 위해, 다른 방법을 제안한다. 이 방법은 전자 공급 촉진을 위한 금속 전극(110)으로서 낮은 일 함수를 갖는 재료를 선택적으로 채택한다. 그럼에도 불구하고, 이 방법은 비싼 재료 비용 때문에 제조 비용을 증가시킨다. 또한, 이 방법은 유리 튜브(120)와 리드(130)의 열 팽창 계수를 조정하기 위해 유리 튜브(120)의 재료로서 고가의 붕 규산염을 사용할 필요가 있다. 또한, 형광 램프(100)는 낮은 저항률을 갖고, 따라서 그 저항 요소는 분명히 높게 된다. 따라서, 하나의 변압기는 단일 형광 램프(100)만을 구동할 수 있어, 전체 제조 비용을 증가시킨다. 게다가, 유리 튜브(120)의 직경이 증가하기 때문에, 밝기가 대폭 감소하할 것이며 형광 램프(100)의 기계적 강도가 상대적으로 더 약해진다. 따라서, 위에서 설명한 형광 램프(100)는 백라이트로서 큰 직경의 형광 램프(4 mm보다 큰 직경)를 필요로 하는 대형 텔레비전에 적용하는 것이 쉽지 않다.
상기 문제를 해결하기 위해, 외부 전극을 갖는 형광 램프가 개발되고 있다. 도 2에서 도시된 바와 같이, 도전층(221)은 유리 튜브(210)의 양단의 외부 표면에 각각 배치된다. 대안적으로, 유리 튜브(210)의 양단은 각각 금속 캡(220)에 의해 씌워지며 이와 접촉한다. 도 2에 도시된 외부 전극을 갖는 형광 램프(200)에 따르면, 인은 유리 튜브(210)의 내부면에 코팅되고 그 양단은 밀봉되어 있다. 유리 튜브(210)의 내부 공간은 예를 들어, Ar 또는 Ne 및 수은(Hg) 가스와 같은 불활성 가스를 포함하는, 혼합물 함유 충전 가스로 채워진다. 도전층(221)은 다양한 모양을 갖고 있으며 유리 튜브의 양단의 외부 표면에 배치된다. 이들은 은 또는 탄소로 만들어질 수 있다. 그 외에, 금속 캡(220)은 유리 튜브(210)의 양단에 각각 배치된다.
높은 AC 전압이 도전층(221)에 인가되면, 금속 캡(220)과 접촉하는 유리 튜브(210)의 양단은 강력한 유도 전계를 생성하기 위한 유전 재료로서 작용한다. 더 구체적으로, 금속 캡(220)에 인가된 전압의 극성이 양이면, 전자는 도전층(221)과 접촉하는 유리 튜브(210) 내에 축적된다. 반면에, 전압이 음이면, 양이온은 도전층(221)과 접촉하는 유리 튜브(210) 내에 축적된다. AC 전계의 극성이 지속적으로 변하기 때문에, 유리 튜브(210)의 양단의 측벽에 축적된 전하가 상호 교환된다. 따라서, 측벽 위의 전하가 불활성 가스와 함께 공급된 Hg 가스에 충돌하면, Hg 원자가 여기된다. 그 다음, 이러한 여기 과정에서 생성된 UV 광은 유리 튜브(210)의 내부 측벽 위에 코팅된 인을 여기시킬 수 있고, 따라서 가시 광을 발광시킨다.
외부 전극을 갖춘 종래의 형광 램프(200)에 있어서, 유리 튜브(210)의 양단에 있는 영역이 유전 재료로서의 역할을 하고 도전층(221)을 갖고 있기 때문에, 단부 영역이 확대되고, 따라서 측벽 전하량을 증가시키며, 차례대로, 형광 램프(200)의 밝기를 증가시킨다. 그럼에도 불구하고, 도전층(221)은 종 방향으로 연장하면서 제한된다. 따라서, 도전층(221)의 방사 광이 종 방향으로 감소하여, 발광 효율의 감소를 야기한다.
상기 단점으로 인하여, "세라믹-유리 복합체 전극을 갖는 형광 램프"라는 제목의 대만 특허 공개 번호 제200842928호는 유전 상수가 더 높고 2차 전자 발광 효율이 더 나은 세라믹과 유리의 합성인 세라믹-유리 복합체 전극을 공개한다. 또한, 세라믹-유리 복합체 전극은 동일한 전계 하에서 높은 극성을 소유함으로써, 더 많은 전자와 양이온이 이동할 수 있어, 형광 램프의 밝기를 향상시킨다. 도 3에서 도시된 바와 같이, 세라믹-유리 복합체 전극(300)은 유리 튜브의 양단에 배치될 수 있는 중공 실린더형 형상을 나타낸다. 세라믹-유리 복합체 전극(300)은 2개의 서로 다른 내부 반경(310, 313)을 갖는데, 여기서 내부 반경(310)은 내부 반경(313)보다 작다. 따라서, 세라믹-유리 복합체 전극(300)의 내부면은 사다리 모양이다. 내부 반경(313)은 세라믹-유리 복합체 전극(300)이 유리 튜브의 단부 위에서 슬립핑될 수 있도록 유리 튜브의 외경보다 약간 크다. 게다가, 내부 반경(310)은 유리 튜브의 외부 반경보다 작다.
세라믹-유리 복합체 전극(300)이 유리 튜브 위에서 슬립핑되기 전에, 유리 튜브의 단부에 있는 외부 표면은 접착제로 코팅되어야 하고 세라믹-유리 복합체 전극(300)이 배치된다. 그럼에도 불구하고, 유리 튜브의 외부 표면에 코팅 접착제의 도우즈(dose)는 제어하기가 어렵다. 따라서, 과잉 또는 부족한 접착제가 도포되는 경향이 있다. 접착제가 부족한 경우, 세라믹-유리 복합체 전극(300)은 세라믹-유리 복합체 전극(300)의 단부에 단단히 고정할 수 없으며; 초과 접착제가 도포되는 경우, 유리 튜브 내로 유출되어, 유리 튜브 내의 가스 혼합물을 오염시키고 형광 램프의 발광 효율과 수명에 영향을 미친다. 또한, 세라믹-유리 복합체 전극(300)의 내부 반경이 서로 다르기 때문에, 제조하기가 어려운데, 이는 그 과정의 복잡성 및 비용의 증가를 의미한다. 따라서, 유리 튜브의 단부 위에서 세라믹-유리 복합체 전극(300)을 슬립핑하는 동안에 유리 튜브 내로 접착제가 흐르는 것을 방지하는 방법이 현재의 주요한 문제가 되고 있다.
따라서, 본 발명은 상기 문제 해결을 위한 세라믹-유리 복합체 전극과 이를 갖는 형광 램프를 제공한다. 본 발명은 종래 기술에서 나타난 상기 단점을 개선할 뿐만 아니라 형광 램프의 수명도 연장한다.
본 발명의 목적은 동일한 내부 반경의 중공 실린더형인 세라믹-유리 복합체 전극을 제공하는 것이다. 따라서, 그 구조는 편리한 제조의 목적을 달성하고 비용을 줄이기 위한 간단한 구조로 되어 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 세라믹-유리 복합체 전극을 갖는 형광 램프를 제공하는 것인데, 이는 세라믹-유리 복합체 전극이 유리 튜브의 단부 위에서 슬립핑될 때 세라믹-유리 복합체 전극에 대하여 푸시하여 그 위치를 유리 튜브 내에 제한하기 위해 유리 튜브의 단부에 스토퍼를 포함한다. 따라서, 접착제가 유리 튜브와 세라믹-유리 복합체 전극을 접착하는데 사용될 때 형광 램프의 수명에 영향을 줄 수 있는, 유리 튜브 내로의 접착제의 유입은 방지된다.
본 발명에 따른 세라믹-유리 복합체 전극을 갖는 형광 램프는 유리 튜브, 적어도 하나의 스토퍼, 및 복수의 세라믹-유리 복합체 전극을 포함한다. 스토퍼는 유리 튜브의 적어도 한 단부에 배치된다. 복수의 세라믹-유리 복합체 전극은 각각 유리 튜브의 양단에 배치되고, 유리 튜브 내에 세라믹-유리 복합체 전극의 위치를 제한하여 접착제가 유리 튜브 내로 흐르는 것을 방지하기 위해 유리 튜브의 스토퍼에 대해 푸시한다.
따라서, 형광 램프의 수명을 연장할 수 있다. 본 발명에 따른 세라믹-유리 복합체 전극은 실린더형이고 세라믹-유리 복합체이다. 실린더는 하나의 내부 반경만을 가지고 있어, 그 구조가 간단하고 제조가 편리하므로, 제조 비용을 절감한다.
도 1은 종래 기술에 따른 백라이트 모듈의 냉음극 형광 램프의 단면도를 도시한다.
도 2는 종래 기술에 따른 외부 전극을 갖는 형광 램프의 단면도를 도시한다.
도 3은 종래 기술에 따른 세라믹-유리 복합체 전극의 단면도를 도시한다.
도 4a 및 4b는 본 발명의 바람직한 실시 형태에 따른 세라믹-유리 복합체 전극을 갖는 형광 램프의 단면도를 도시한다.
도 5a는 본 발명의 바람직한 실시 형태에 따른 세라믹-유리 복합체 전극의 상면도를 도시한다.
도 5b는 본 발명의 바람직한 실시 형태에 따른 세라믹-유리 복합체 전극의 단면도를 도시한다.
도 6은 본 발명의 제2 바람직한 실시 형태에 따른 세라믹-유리 복합체 전극을 갖는 형광 램프의 단면도를 도시한다.
도 7은 본 발명의 바람직한 실시 형태에 따른 온도 대 유전 상수 곡선을 도시한다.
도 8은 본 발명의 바람직한 실시 형태에 따른 유전 상수 대 밝기 곡선을 도시한다.
도 9는 본 발명의 바람직한 실시 형태에 따른 전계 대 극성 곡선을 도시한다.
도 10은 본 발명의 바람직한 실시 형태에 따른 전계 대 극성 곡선을 도시한다.
본 발명의 구조 및 특성뿐만 아니라 그 효과를 더 이해하고 인식할 수 있게 하기 위해, 본 발명의 상세한 설명은 실시 형태 및 첨부된 도면과 함께 다음과 같이 제공된다.
도 4a 및 4b는 본 발명의 바람직한 실시 형태에 따른 세라믹-유리 복합체 전극을 갖는 형광 램프의 단면도를 도시한다. 도면에서 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 형광 램프(400)는 유리 튜브(412), 복수의 밀봉 어셈블리(420), 및 복수의 전극(430)을 포함한다. 유리 튜브(412)는 불활성 가스와 금속 증기(도면에 표시되지 않음)의 혼합물을 수용하기 위한 내부 공간을 갖는다. 또한, 유리 튜브(412)의 내부 표면은 인으로 코팅되어 있다. 유리 튜브(412)는 파이프-, U-, 또는 사각형-모양일 수 있다. 도 4a 및 4b에서, 유리 튜브(412)는 파이프 모양이다. 유리 튜브(412)는 붕규산염, 무연 유리 또는 석영으로 구성될 수 있다. 게다가, 유리 튜브(412)의 양단에는 스토퍼(414)가 있다. 본 발명의 실시 형태에 따르면, 스토퍼(414)는 돌출 부재이고 환상 형태이다.
복수의 전극(430)은 높은 유전 상수와 높은 2차 전자 방출 효율의 특성을 가진 세라믹-유리 복합체를 포함하는 세라믹-유리 복합체 전극이다. 복수의 전극(430)은 각각 유리 튜브(412)의 양단에서 슬립핑된다. 복수의 전극(430)의 단부는 각각 유리 튜브(412)의 양단에 있는 2개의 스토퍼(414)에 대해 푸시한다. 따라서, 복수의 스토퍼(414)는 복수의 전극이 유리 튜브(412)에 위치하는 위치를 제한하는데, 즉 복수의 전극(430) 내로 연장하는 유리 튜브의 길이를 제한하는데 사용된다. 복수의 밀봉 어셈블리(420)는 각각 복수의 전극(430)의 다른 쪽 단부에 배치된다. 복수의 밀봉 어셈블리(420)의 한쪽 단부는 복수의 전극(430)의 단부에 대해 각각 푸시하고, 따라서 복수의 밀봉 어셈블리(420)에 위치한 복수의 전극(430)의 위치를 제한하기 위한, 즉 복수의 전극(430) 내로 연장하는 복수의 밀봉 어셈블리(420)의 길이를 제한하기 위한 스토퍼(423)를 갖는다. 본 발명의 실시 형태에 따르면, 복수의 스토퍼(423)는 돌출 부재이고 환상 형태이다. 도 4b에서 도시된 바와 같이, 유리 튜브(412) 내에 혼합물을 채운 후, 가열 공정은 복수의 밀봉 어셈블리(420)의 원래 개구부를 밀봉하기 위해 복수의 밀봉 어셈블리(420)에 대해 수행된다. 복수의 밀봉 어셈블리(420)의 관점에서 복수의 전극(430)의 개구부를 밀봉함으로써, 유리 튜브(412)의 양단이 밀봉된다.
또한 유리 튜브(412)의 양단에 복수의 전극(430)을 더 안전하게 유지하기 위해, 복수의 전극(430)이 유리 튜브(412)의 양단에서 슬립핑된 후, 접착제(440)가 유리 튜브(412)와 복수의 전극(430) 사이의 접합부에 코팅되어, 복수의 전극(430)을 유리 튜브(412)의 양단에 고정하고, 유리 튜브(412) 내에 나중에 채워진 가스의 누출을 방지한다. 접착제(440)는 유리 튜브(412)와 복수의 전극(430)의 외부 표면에 코팅된다. 또한, 접착제(440)는 복수의 밀봉 어셈블리(420)를 복수의 전극(430) 위에 안전하게 유지하기 위해, 복수의 전극(430)과 복수의 밀봉 어셈블리(420) 사이의 접합부에 더 코팅된다. 접착제(440)는 복수의 전극(430)과 복수의 밀봉 어셈블리(420)의 외부 표면에 코팅된다. 접착제(440)의 열 팽창 계수는 유리 튜브(412)의 열 팽창 계수와 복수의 전극(430)의 열 팽창 계수 사이에 있다. 유리 튜브(412), 복수의 전극(430) 및 복수의 밀봉 어셈블리(420) 위에 접착제(440)를 코팅하면, 가열 공정은 유리 튜브(412)의 연화점보다 더 높지 않은 온도에서 수행되어야 한다. 게다가, 가열 공정은 유리 튜브(412)를 진공 처리하고 유리 튜브(412) 내에 혼합물을 채우기 전에 수행된다.
전극(430)의 양단부가 유리 튜브(412)의 스토퍼(414)와 밀봉 어셈블리(420)의 스토퍼에 대해 푸시하기 때문에, 접착제는 전극(430)과 유리 튜브(412) 내로 유입되지 않는다. 따라서, 유리 튜브(412) 내의 혼합물은 오염되지 않고 형광 램프(400)의 수명은 영향을 받지 않는다. 또한, 본 발명에 따른 형광 램프(400)는 각각 복수의 전극(430)의 외부 표면에 배치된 복수의 도전층(450)을 더 포함한다. 본 발명의 실시 형태에 따르면, 복수의 도전층(450)의 재료는 은 또는 탄소일 수 있다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 바람직한 실시 형태에 따른 세라믹-유리 복합체 전극의 상면도와 단면도를 도시한다. 도면에 도시된 바와 같이, 전극(430)은 세라믹-유리 복합체이고 실린더형인 전극 본체(435)를 갖는다. 게다가, 전극(430)은 중공(hollow) 형태이고 형광 램프(400)의 유리 튜브(412)의 단부에 배치되기 위한 홀딩 공간(holding space)을 포함한다(도 4a와 같이). 또한, 전극(430)은 하나의 내부 반경만을 가짐으로써, 전극(430)의 내부를 스트레이트 튜브 모양으로 만들고; 전극(430)의 내부 반경은 유리 튜브(412)의 외경보다 약간 커서, 유리 튜브(412)의 단부에서의 슬립핑을 용이하게 한다. 따라서, 본 발명에 따른 전극(430)은 제조하기 쉽고, 따라서 차례대로 생산 효율성을 개선하고 제조 비용을 줄일 수 있는 간단한 구조를 갖는다. 전극 본체(435)가 유리 튜브(412)의 단부와 밀봉 어셈블리(420) 위에서 슬립핑될 때, 전극 본체(435)의 양단은 밀봉 어셈블리(420)의 스토퍼(423)와 마찬가지로 유리 튜브(412)의 스토퍼(414)에 대해 푸시한다(도 4a 참조). 도 4a에서, 도전층(450)은 전극 본체(435)의 외부 표면에 배치된다. 본 발명에 따른 전극(430)의 재료는 유전 상수가 보다 나은 온도 안정성을 갖는 인 세라믹-유리 복합체일 수 있다. 대안적으로, 재료는 -30℃ 이상에서는 상 전이점(phase transition point)이 없는 세라믹-유리 복합체일 수 있다. 전극(430)은 분말 사출 성형 공정 또는 건조 스탬핑 공정을 사용하여 세라믹-유리 복합체에 의해 형성된다.
복수의 전극(430)을 제외하고, 형광 램프(400)의 유리 튜브(412)와 복수의 밀봉 어셈블리(420)의 모든 내부 측벽은 인으로 코팅된다. 형광 램프(400)에 채워진 가스는 Ne, Ar 및 Hg를 포함한다. Hg를 사용하지 않는 경우, 크세논(Xe)이 대신 사용될 수 있다. 유리 튜브(412) 내에 가스를 채우기 전에, 유리 튜브(412)는 먼저 진공 처리되어야 하는데, 이는 유리 튜브(412) 내의 공기를 흡입에 의해 제거하기 위해 유리 튜브(412)의 양단에 진공 펌프를 연결하는 것이다. 그 후, 유리 튜브(412) 내에 Ne, Ar 및 Hg를 포함하는 가스를 채운다. 다음, 복수의 밀봉 어셈블리(420)의 원래 개구부를 밀봉하고 그에 따라 유리 튜브(412)의 양단을 밀봉하기 위해 복수의 밀봉 어셈블리(420)에 대해 가열 공정을 수행한다.
복수의 전극(430)의 세라믹-유리 복합체의 바람직한 실시 형태는 유리 프릿(glass frits)과 같이 스퍼터 저항이 높은 파운딩 유리(founding glass)를 포함한다. 스퍼터링은 형광 램프(400)의 복수의 전극(430) 내부에 부분 손상을 일으키는 현상이다. 손상은 이러한 복수의 전극(430)의 내부 측벽에 Ar 양이온, Hg 이온 또는 전자 등의 불활성 성분의 충돌의 결과이다. 본 발명의 실시 형태에 따르면, 유리 튜브(412)는 세라믹-유리 복합체의 열 팽창계수와 유사한 열 팽창 계수를 가진 무연 유리로 구성되어 있다.
도 6은 본 발명의 제2 양호한 실시 형태에 따른 세라믹-유리 복합체 전극을 갖는 형광 램프의 단면도를 도시한다. 도면에 도시된 바와 같이, 본 실시 형태에 따른 형광 램프(400)의 전극(460)은 컵 모양이며, 세라믹-유리 복합체 전극이기도 하다. 실린더형 전극(430)과 같이, 전극(460)은 하나의 내부 반경만을 가지고 있으며, 스트레이트 튜브 모양의 내부를 나타낸다. 전극(460)은 유리 튜브(412)의 단부에서 슬립핑되고 유리 튜브(412)의 스토퍼(414)에 대해 푸시한다. 접착제(440)는 전극(460)과 유리 튜브(412) 사이의 접합부에 코팅되어, 유리 튜브(412)의 단부에 전극(460)을 고정하고 유리 튜브 내의 가스 누출을 방지하며, 유리 튜브(400)의 수명에 영향을 미친다. 본 실시 형태에 따른 전극(460)이 컵 모양이기 때문에, 밀봉 어셈블리(420)를 사용할 필요없이 직접 유리 튜브(412)의 한쪽 단부를 밀봉할 수 있다.
본 발명의 제 1 실시 형태에 따르면, 전극(430, 460)의 재료는 다음과 같은 조성을 포함한다.
<화학식 1>
(CaO-MgO-SrO-ZrO2-TiO2) + 유리 프릿 A
화학식 1의 재료 조성(샘플 EC1 내지 EC6)의 비율은 표 1에 도시되고; 그들의 유전 상수 및 손실은 실온에서 측정된다. 그 결과는 다음과 같이 표 1에 도시된다.
Figure 112015066545208-pat00001
채택된 유리 프릿 첨가물은 유리 튜브에 사용되는 무연 유리 SF-44이다. 열 팽창 계수가 95×10-7/K이므로, 열 팽창 계수는 1 mol의 SiO2에 0.6 mol의 BaO 및 0.4 mol의 CaO을 추가함으로써 조정될 수 있다. 대안적으로, 샘플의 총량에 따라, 무연 유리와 동일한 조성을 갖는, 0.3 ~ 10 중량 %의 유리 프릿을 추가한다. 다음으로, 1,000℃에서 조성물을 합성한다. 그 다음, 3 중량 %의 MnO와 Al2O3을 더 추가한다.
표 1에서, TiO2의 양이 증가하면 유전 상수가 상승되는 것이 분명히 나타난다. 형광 램프를 제조하고 전극에 의해 채택된 조성을 갖는 세라믹-유리 복합체에 1,000 Vrms 초과의 AC 전압을 인가하는 동안, 열 발생의 감소는 유전 손실의 감소에 비례한다. 이러한 상황에서, 유전 손실은 MnO와 Al2O3의 첨가에 의해 약 0.1 %로 감소할 수 있다. 게다가, 온도가 변할 때 형광 램프의 안정성을 향상시키기 위해, 세라믹-유리 복합체의 유전 상수는 높은 온도에서 안정성을 가져야 한다. 개별 조성에 대한 유전 상수의 안정성은 도 7에 도시된다. 도 7에 따르면, 전극의 모든 조성은 -30℃ 내지 250℃의 온도 범위 내에서 유전 상수의 안정적인 변화를 갖는 것으로 도시된다. 따라서, 유전 상수가 낮은 경우, 온도 안정성이 향상되는 것이 관측된다. 따라서, 본 발명의 제 1 실시 형태에 따른 전극의 조성은 일반 유리보다 유전 상수가 높고; 합성의 유전 상수 또한 더 나은 온도 안정성을 나타내는 것이 확인된다.
세라믹-유리 복합체 전극을 갖는 형광 램프의 성능은 외부 전극을 갖는 형광 램프에 비해 우수하다. 그 비교는 표 2에 나타내었다. 표는 동일한 직경과 길이를 갖는 종래 기술에 따른 형광 램프와 본 발명에 따른 형광 램프를 비교한다. 텍트로닉스사의 고전압 프로브와 전류 센서는 형광 램프의 양단을 통해 흐르는 전류와 양단에 걸린 전압을 측정하는 데 사용된다. 그 다음, 휘도계 BM-7A는 밝기를 측정하는 데 사용된다. 그 결과는 아래 표 2에 나타내었다.
Figure 112015066545208-pat00002
표 2에 의하면, 본 발명에 따른 형광 램프가 제 1 실시 형태에서 가장 낮은 유전 상수를 갖는 EC1 전극을 채택하는 것으로 알려져 있다. 본 발명에 따른 형광 램프의 길이는 종래 기술에 따른 형광 램프의 길이와 동일하다. 종래 기술에 따른 형광 램프의 입력 전력은 9 와트이며; 본 발명에 따른 형광 램프의 입력 전력은 16 와트인데, 이는 약 0.7 배 높다. 또한, 인버터가 2개의 형광 램프를 구동하는 데 사용되기 때문에, 형광 램프의 병렬 구동이 구현될 수 있다.
다른 세라믹-유리 복합체 전극을 사용함으로써, 다양한 유전 상수의 밝기를 결정할 수 있다. 그 결과를 표 3에 나타내었다.
Figure 112015066545208-pat00003
표 3에 도시된 바와 같이, 입력 전력이 동일할 때, 밝기는 유전 상수에 비례한다. 이러한 관계를 간단한 방법으로 설명하기 위해, 도 8은 밝기와 유전 상수 사이의 관계를 도시한다.
또한, 외부 전극을 갖는 형광 램프와 제 1 실시 형태에 따른 전극을 갖는 형광 램프의 성능을 비교하기 위해, 32-인치 TFT-LCD TV에서의 외부 전극을 갖는 형광 램프의 특성이 본 발명에 따른 형광 램프의 특성과 비교될 수 있다. 그 결과는 다음과 같이 표 4에 요약되어 있다.
Figure 112015066545208-pat00004
표 4에서, 본 발명에 따른 형광 램프의 밝기는 종래 기술에 따른 외부 전극을 갖는 형광 램프의 밝기보다 높은 것으로 알려져 있다.
상술한 바와 같이, 종래 기술에 따른 외부 전극을 갖는 형광 램프에 비해, 본 발명에 따른 세라믹-유리 복합체 전극을 갖는 형광 램프는 병렬 구동 조건에서는 3배 이상까지 높은 밝기에 도달할 수 있다.
본 발명의 제2 실시 형태에 따르면, 세라믹-유리 복합체 전극의 재료는 다음과 같은 조성을 포함한다.
<화학식 2>
(CaO-MgO-SrO-ZrO2-TiO2) + 유리 프릿 B
화학식 2의 재료 조성의 비율은 표 5에 도시되고; 그들의 유전 상수 및 손실은 실온에서 측정된다. 그 결과는 다음과 같이 표 5에 도시된다.
Figure 112015066545208-pat00005
채택된 유리 프릿 첨가물은 유리 튜브에 사용된 붕규산염이다. 열 팽창 계수가 33×10-7/K이므로, 열 팽창 계수는 75 중량 %의 SiO2, 18 중량 %의 B2O3, 4 중량 %의 Na2O, 2 중량 %의 K2O, 및 1 중량 %의 Al2O3을 추가함으로써 조정될 수 있다. 1,100℃에서 유리 프릿을 합성한 다음, 이 합성 재료를 표 5에 도시된 조성의 총량의 0.3 ~ 10 중량 %에 추가할 수 있다. 게다가, MnO와 Al2O3는 3 중량 %의 양의 첨가물로서 사용될 수 있다.
세라믹-유리 복합체 전극의 열팽창 계수는 36 ~ 60 × 10-7/K이고, 이것은 유리 첨가제의 양이 증가함에 따라 감소한다. 또한, 유리 프릿의 조성의 유형에 따라, 본 실시 형태에 따른 유전 상수는 화학식 1에 따른 것과는 다르다. 표 5는 유리 프릿 B가 5 중량 %만큼 증가할 때의 유전 상수와 손실을 도시한다. 표 5에서, TiO2의 양이 증가하면 유전 상수가 증가하는 것으로 분명히 도시된다. 형광 램프를 제조하고 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 전극에 의해 채택된 조성을 갖는 세라믹-유리 복합체에 1,000 Vrms 초과의 AC 전압을 인가하는 동안, 열 발생의 감소는 유전 손실의 감소에 비례한다. 이러한 상황에서, 유전 손실은 MnO와 Al2O3의 첨가에 의해 약 0.1 %로 감소할 수 있다.
제 1 실시 형태에 따른 방법을 사용하여 제조된 상기 조성의 세라믹-유리 복합체 전극을 갖는 형광 램프의 성능은 종래 기술에 따른 외부 전극을 갖는 형광 램프와 비교된다. 그 결과는 표 6에 나와 있다.
Figure 112015066545208-pat00006
표 6에 따르면, 제2 실시 형태에 따른 세라믹-유리 복합체 전극을 갖는 형광 램프의 밝기는 종래 기술에 따른 외부 전극을 갖는 형광 램프의 밝기의 적어도 3 배이며; 병렬 구동 공정도 구현될 수 있다. 형광 램프의 유리 튜브로서 붕규산염을 사용함으로써, 세라믹-유리 복합체의 조성은 열 팽창 계수를 조정하기 위해 제어될 수 있다. 따라서, 가열 공정을 통해 유리 밀봉 재료를 사용하여 유리 튜브 및 형광 램프를 밀봉하는 동안, 열 팽창 계수의 차이로 인한 실패는 방지될 수 있으며, 밝기 또한 더욱 향상될 수 있다.
본 발명에 따른 형광 램프의 밝기가 상승하는 이유를 좀 더 상세하게 이해하기 위해서, 극성 측정은 표 1에 도시된 전극에 대한 각각의 조성에 대해 수행된다. 극성은 전극 양단에 인가된 전계에 따라 좌우된다. 그 결과는 도 9에 도시된다. 도 9는 극성과 전계 사이의 관계를 나타내는 히스테리시스 곡선을 도시한다. 도 9에 도시된 히스테리시스 곡선에 따르면, 히스테리시스 손실이 결정될 수 있다. 히스테리시스 손실이 증가하는 경우, 열 손실은 AC 전계 하에서 증가한다. 따라서, 안정적인 구동 공정은 더 낮은 히스테리시스 손실에서 구현될 수 있다. 본 발명은 히스테리시스 손실을 결정하기 위해 다음 식을 사용한다.
도 10에 도시된 바와 같이, 10 kV/mm에서 발생한 최대 극성은 Pmax로서 표시되고; 0 kVmm에서의 극성 차이는 △P로 표시된다. 그 다음, 히스테리시스 손실은 다음과 같이 표현될 수 있다:
<수학식 1>
히스테리시스 손실(%) = ΔP/Pmax × 100
위의 수학식에 따르면, 도 10에서의 데이터는 히스테리시스 손실을 결정하는 데 사용된다. 그 결과는 표 7에 나와 있다.
Figure 112015066545208-pat00007
종래 기술에 따른 유리 전극에 비해, 본 발명에 따른 형광은 10 kV/mm의 높은 전계에서 상대적으로 안정적인 히스테리시스 손실을 나타낸다는 것을 결과로부터 알 수 있다.
따라서, 종래 기술에 따른 유리만으로 구성된 외부 전극을 갖는 형광 램프에 비해, 본 발명에 따른 세라믹-유리 복합체 전극을 갖는 형광 램프의 특징은, 동일한 전계를 인가하는 동안, 본 발명에 따른 형광 램프에서 나타나는 이온 또는 전자의 양이 종래 기술에 따른 형광 램프에서 나타나는 양의 최소한 2배라는 것이다. 또한, 종래 기술에 따른 유리에 의해 간단하게 구성된 외부 전극을 갖는 형광 램프에 비해, 낮은 히스테리시스 손실을 갖는 형광 램프는 고압 하에서 안정된 온도에서 광을 제공할 수 있다. 본 발명에 따른 세라믹-유리 복합체는 유리의 극성보다 높은 극성을 갖는다. 10 kV/mm 전계 하에서 유리의 최대 극성은 0.031 μC/cm2이며; 극성은 전계의 함수로서 선형적으로 변한다.
상기 실시 형태에서, MgO-SrO 조성은 15 % 이하의 이온 반경의 차이를 갖는 산화물로 대체할 수 있다. 교체가능 산화물의 예는 아래 표 8에 나타내었다.
Figure 112015066545208-pat00008
요약하면, 본 발명은 세라믹-유리 복합체 전극과 이를 갖는 형광 램프를 제공한다. 본 발명에 따른 세라믹-유리 복합체 전극은 형광 램프의 유리 튜브의 단부에 배치된 세라믹-유리 복합체이다. 스토퍼는 세라믹-유리 복합체 전극에 대해 푸시하여 유리 튜브 위에 슬립핑된 세라믹-유리 복합체 전극의 위치를 제한하기 위해 유리 튜브의 단부에 배치된다. 따라서, 접착제가 유리 튜브와 세라믹-유리 복합체 전극을 접착하는데 사용되는 경우, 유리 튜브 내로 접착제가 흐르는 것을 방지할 수 있고, 따라서 형광 램프의 수명을 연장할 수 있다. 본 발명에 따른 세라믹-유리 복합체 전극은 형광 램프의 유리 튜브의 단부에 배치되고 하나의 내부 반경만을 갖는 실린더형인 전극 본체를 포함한다. 본 발명에 따른 세라믹-유리 복합체 전극은 또한 다양한 램프들에 사용될 수 있으며, 형광 램프에 제한되지 않는다.
따라서, 본 발명은 신규성, 진보성 및 실용성 때문에 법적 요구 사항을 준수한다. 그러나, 상술한 설명은 본 발명의 실시 형태일 뿐이며, 본 발명의 범위를 제한하는 데 사용되지 않는다. 본 발명의 청구 범위에 기술된 형태, 구조, 특징 또는 정신에 따른 그 등가의 변경 또는 수정이 본 발명의 특허 청구 범위에 포함된다.

Claims (10)

  1. 세라믹-유리 복합체 전극들을 갖는 형광 램프로서,
    유리 튜브;
    상기 유리 튜브의 적어도 한 단부의 외부 표면 상에 배치된 적어도 하나의 스토퍼(stopper);
    상기 유리 튜브의 양단 상에 각각 슬립핑되어(slipped), 상기 유리 튜브의 상기 스토퍼에 대해 푸시하는 복수의 세라믹-유리 복합체 전극; 및
    상기 전극들과 상기 유리 튜브의 상기 양단의 상기 외부 표면들 사이의 접합부에 코팅된 접착제
    를 포함하는 형광 램프.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 세라믹-유리 복합체 전극은 하나의 내부 반경만을 갖는 실린더이고, 그 내부가 스트레이트 튜브 형상인, 형광 램프.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 세라믹-유리 복합체 전극의 외부 표면에 각각 배치된 복수의 도전층
    을 더 포함하는 형광 램프.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 세라믹-유리 복합체 전극의 단부들에 각각 배치된 복수의 밀봉 어셈블리
    를 더 포함하는 형광 램프.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 복수의 밀봉 어셈블리는 상기 복수의 세라믹-유리 복합체 전극의 상기 단부들에 대해 푸시하기 위한 스토퍼를 각각 갖는, 형광 램프.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 스토퍼는 돌출되고 환상 형태를 갖는, 형광 램프.
  7. 세라믹-유리 복합체 전극으로서,
    램프의 유리 튜브의 단부 상에 슬립핑되고, 세라믹-유리 복합체인 전극 본체
    를 포함하고,
    상기 유리 튜브의 상기 단부와 상기 전극 본체의 외부 표면들은 접착제로 코팅되며,
    상기 전극 본체는 상기 유리 튜브의 상기 단부의 상기 외부 표면 상에 배치된 스토퍼에 대해 푸시하는, 세라믹-유리 복합체 전극.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 전극 본체의 상기 외부 표면에 배치된 도전층
    을 더 포함하는 세라믹-유리 복합체 전극.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 전극 본체는 하나의 내부 반경만을 갖는 실린더이며, 그 내부가 스트레이트 튜브 형상인, 세라믹-유리 복합체 전극.
  10. 삭제
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