KR19990083535A - 형광램프및그제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수은이나 자외선의 저지성능이 높고, 유리관의 흑화가 억제되어 우수한 광속 유지 성능을 가지는 형광 램프를 제공하는 것으로, 유리관과 이 유리관의 내면에 형성되는 형광체층 사이에, 주로 실질적으로 구형상인 금속 산화물 입자로 구성된 보호막을 형성한다.

Description

형광램프 및 그 제조방법{A FLUORESCENT LAMP AND A METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}

본 발명은 유리관 내면에 보호막을 형성한 형광 램프 및 그 제조방법에 관한 것이다.

종래부터 형광 램프는 장기간의 점등사용에 의해 유리관이 흑화되고, 광속이 저하하는 문제가 있었다. 이 흑화의 원인으로서, ①형광 램프에 봉입되어 있는 수은과 유리관 중의 알칼리 성분이 반응하여 아말감을 형성하는 것, ②금속 수은이 유리관중에 침투하는 것, ③자외선에 의한 반전형상이 발생한다는 것 등을 추측할 수 있다. 이 때문에, 유리관과 형광체층 사이에, 주로 금속 산화물로 이루어지는 보호막을 형성함으로써 유리관의 흑화를 방지하여 광속 저하를 억제하는 것이 알려져 있다.

보호막의 기능을 충분히 발휘시키기 위해서는, 보호막 재료의 도포 얼룩이나 보호막의 탈락이 없고, 치밀하고 균질한 막인 것이 바람직하다. 보호막 재료로 사용되는 금속 산화물 재료로는 일반적으로 평균 입자 지름이 약 1㎛이하인 무정형 미립자가 사용된다. 이 미립자는 바늘 형상, 나무가지 형상 혹은 깃털 형상 등을 가지고 있다. 이와같은 무정형 미립자는 응집되기 쉬우므로 분산성이 좋은 현탁액(서스펜션)의 조제가 곤란했다. 분산성이 충분하지 않은 서스펜션을 유리관에 도포하면, 도포 얼룩이나 입자의 탈락에 의한 핀 홀이 생기기 쉽다. 특히, 막두께가 얇은 경우에는 도포 얼룩이 현저하게 되어 막이 불연속으로 되기 쉽고, 보호막으로서의 기능이 충분히 발휘되지 않는다. 한편, 막두께를 두껍게 해도 막에 크랙이 발생하거나 막의 탈락이 발생하기 쉬워져, 이 경우도 보호막으로서의 기능을 충분히 얻을 수 없다.

여기서, 본 발명은 치밀하고 균질한 보호막을 구비하고, 유리관의 흑화를 억제하며, 광속 저하가 억제된 형광 램프를 제공하는 것을 목적으로 한다.

도1은 본 발명의 실시형태의 형광 램프의 요부의 구성을 도시하는 단면도.

도2는 본 발명 및 종래의 직관형(直管型) 형광 램프의 광속 유지 특성을 도시하는 도면.

도3은 본 발명 및 종래의 환관형(丸管型) 형광 램프의 광속 유지 특성을 도시하는 도면.

도4는 본 발명에 관한 형광 램프에서 사용하는 구형상의 γ-Al₂O₃입자를 투과형 전자 현미경(TEM)으로 관찰한 도면.

도5는 종래의 무정형 γ-Al₂O₃입자를 투과형 전자 현미경으로 관찰한 도면.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 : 유리관 2 : 보호막

3 : 형광체층

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 형광 램프는 유리관과 이 유리관의 내면에 형성된 보호막과, 이 보호막 위에 형성된 형광체층을 구비하고, 상기 보호막이 주로 실질적으로 구형상인 금속 산화물 입자로 구성된 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 형광 램프의 제조방법은 유리관과 이 유리관의 내면에 형성된 보호막과 이 보호막 위에 형성된 형광체층을 구비하는 형광 램프의 제조방법으로, 실질적으로 구형상인 금속 산화물 입자를 주성분으로 하는 분산질을 함유하는 현탁액(서스펜션)을 조제하는 공정과, 상기 서스펜션을 유리관의 내면에 도포하여, 소성함으로써 상기 유리관의 내면에 보호막을 형성하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 형광 램프에 있어서, 보호막을 구성하는 금속 산화물 입자는 바람직하게는 60%이상, 더욱 바람직하게는 80%이상이 실질적으로 구형상이다. 또한, 본 발명의 형광 램프의 제조방법에서, 서스펜션에 있어서 분산질을 구성하는 금속 산화물 입자는 상기와 마찬가지로 바람직하게는 60%이상, 더욱 바람직하게는 80% 이상이 실질적으로 구형상이다.

본 발명자는 다양한 검토를 거친 결과, 주로 구형상 혹은 대략 구형상인 금속 산화물 입자를 사용함으로써, 치밀하고 균질한 보호막의 형성이 가능해지는 것을 발견했다.

즉, 이와같은 금속 산화물 입자를 사용함으로써 금속 산화물 입자의 유동성이 향상되므로, 분산성이 우수한 서스펜션의 조제가 가능해진다. 또한, 유리관 표면에 대한 서스펜션의 도포성이 향상되고, 도포 얼룩이 매우 적은 치밀하고 균질한 보호막의 형성이 가능해진다. 또한, 이 서스펜션은 분산성이 우수하므로, 장시간 정치한 경우에도 입자의 응집이 발생하기 어렵고, 안정성도 우수하다. 또한, 이 서스펜션은 예를들어 응집이 발생해도 용이하게 재분산이 가능하다.

<발명의 실시형태>

도1은 본 발명의 일실시형태에 있어서의 형광 램프의 관 횡단면을 도시하는 도면이다. 도1에 도시한 바와같이, 이 형광 램프는 유리관(1)과, 유리관(1)의 내면에 형성되며, 주로 금속 산화물로 이루어지는 보호막(2)과, 보호막(2) 위에 형성된 형광체층(3)을 구비하고 있다. 또한, 도시는 생략했지만, 유리관(1)의 양단부에는 통상의 형광 램프와 마찬가지로 전극 등이 배치되며, 관 내부에는 수은과 함께 희소가스가 봉입되어 있다.

다음에 이 형광 램프의 제조방법에 대해 설명한다.

우선, 주로 구형상 혹은 대략 구형상인 금속 산화물 입자를 사용하여, 물을 분산매로 하는 서스펜션을 조제한다. 다음에, 이 서스펜션을 유리관(1)의 내면에 도포하여 건조시킨 후, 소성함으로써 보호막(2)을 형성한다. 보호막(2)을 구성하고 있는 금속 산화물 입자는 소성 후에도 소성 전의 형상을 거의 유지하고 있다.

구형상 또는 대략 구형상인 금속 산화물 입자를 사용함으로써, 금속 산화물 입자의 유동성이 좋아지므로, 서스펜션의 분산성이 향상된다. 분산성이 우수한 서스펜션을 사용함으로써, 도포 얼룩이 적어짐과 동시에, 막두께의 편차가 작은 균질한 보호막을 얻을 수 있다. 또한, 입자의 응집도 억제되므로, 막두께가 얇아도 치밀하고 균질한 보호막의 형성이 가능해진다.

보호막을 형성한 후에 이후의 통상 제법에 따라 형광 램프를 완성시킨다.

<실시예>

이하, 실시예에 의해 본 발명을 더욱 상세하게 설명하는데, 본 발명은 이하 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다.

(실시예1)

장지름/단지름비가 1/1∼1.2/1, 또한 평균 입자 지름이 1∼30nm인 구형상 γ-Al₂O₃입자를 사용하고 물을 분산매로 하여, Al₂O₃농도가 각각 1wt%, 2wt%, 5wt%가 되도록 서스펜션을 조제했다.

여기서, 장지름이란 입자의 최대 지름이고, 단지름이란 입자의 최소 지름이며, 평균 입자 지름이란 장지름과 단지름의 평균치이다. 따라서, 완전한 구형상의 입자에서는 장지름/단지름비가 1/1로 된다.

또한, 평균 입자 지름이 1∼30nm인 구형상의 γ-Al₂O₃입자는 예를들면, 기상법에 의해 제조할 수 있다. 여기서 기상법이란, 목적으로하는 금속 산화물(예를들면 Al₂O₃)의 원료가 되는 금속(예를들면 Al)을 가열하여 증발시키고, 산소와 반응시킴으로써 금속 산화물 초미립자를 제조하는 방법이다. 또한, 제조조건(반응조건)의 제어에 의해 금속 산화물 입자의 입자 지름을 콘트롤할 수 있다.

이 서스펜션을 평탄한 유리 기판상에 도포하고, 온풍으로 건조시킨 후, 약600℃에서 소성하여 피막을 형성했다. 육안에 의하면, 형성된 피막에는 도포 얼룩, 막의 탈락, 핀 홀 등은 확인할 수 없었다.

막두께는 농도 1wt%인 경우에 0.3㎛, 2wt%인 경우에 0.5㎛, 5wt%인 경우에는 1㎛였다. 또한, 기판의 단위 면적당 피복율을 구한 결과, 농도 1wt%(막두께 0.3㎛)인 경우에도 피복율이 95%를 초과하는 것이 명백했다. 농도 2wt%(막두께 0.5㎛)인 경우에는 피복율이 99%, 농도 5wt%(막두께 1㎛)인 경우에는 피복율이 100%였다. 이 결과를 표1에 나타낸다(샘플 1-1∼1-3).

(표1)

표1에 나타낸 바와같이, 샘플 1-1∼1-3에서는 Al₂O₃의 농도가 작아 막두께가 얇아도 피복율은 매우 높고, 보호막으로서의 기능을 충분히 발휘하도록 되어 있다.

표1에는 종래부터 일반적으로 사용되고 있는 바늘 형상, 나무가지 형상 혹은 깃털형상으로 무정형인 γ-Al₂O₃(평균 입자 지름 20nm)을 사용하여 본 실시예와 같은 방법에 의해, 피막을 형성한 경우의 결과를 함께 타나냈다(샘플 1-4, 1-5). 이 경우는 막두께가 0.5㎛인 경우에는 피복율이 약 77%, 막두께가 1㎛인 경우에도 피복율이 85%이고, 막두께를 같게 한 경우에는 샘플 1-1∼1-3에 비해 보호막의 기능을 충분히 얻을 수 없었다. 종래의 무정형 Al₂O₃는 응집이 발생하기 쉬우므로, 도포 얼룩이 발생하여 피복율이 저하한다고 추측된다.

또한, 샘플 1-1∼1-3에서 사용한 γ-Al₂O₃는 도4에 도시하는 바와같이, 투과형 전자 현미경(TEM)으로 관찰하면, 구형상 γ-Al₂O₃가 분산된 상태로 되어 있는 것이 확인되었다. 후술하는 실시예2에 있어서의 샘플 2-1∼2-3 및 실시예 3∼5에서 사용한 구형상 γ-Al₂O₃도 같은 상태였다. 또한, 종래의 무정형 γ-Al₂O₃를 투과형 전자 현미경으로 관찰한 결과를 도5에 도시한다.

(실시예2)

장지름/단지름비가 1/1∼1.5/1, 또한 평균 입자 지름이 1∼50nm, 30∼70nm, 50∼100nm인 구형상 γ-Al₂O₃입자를 사용하고 물을 분산매로 하여 농도가 2wt% 인 서스펜션을 조제하고, 실시예1과 마찬가지로 하여 유리 기판상에 막두께 0.5㎛의 피막을 형성했다. 이 피막의 기판단위 면적당 피복율을 구했다. 이 결과를 표2에 나타낸다. (샘플 2-1∼2-3)

(표2)

* 샘플2-4의 평균 입자 지름은 전체 입자에 대해서의 평균 입자 지름이다.

표2에 나타낸 바와같이, 피복율은 모두 95% 이상으로 되어 있고, 모든 피막이 보호막으로서의 기능을 충분히 발휘할 수 있는 것으로 되어 있다. 한편, 표2에 샘플 2-4로서 나타낸 바와같이, 바늘 형상, 나무가지 형상 혹은 깃털 형상 등을 가지고, 평균 입자 지름이 50nm인 무정형 γ-Al₂O₃를 사용하여 제작한 피막(막두께 0.5㎛)의 피복율은 75%로 되어 있어, 보호막으로서 유효하게 기능할 수 있는 만큼의 피복율이 얻어지지 않는다. 이 낮은 피복율은 실시예1의 경우와 마찬가지로, 도포 얼룩에 의한 것으로 추정된다.

또한, 구형상이어도 장지름/단지름비가 1.5/1을 넘으면 입자형상은 봉형상에 가깝게 되고, 또한 분산성이 나빠져 피복율이 평균 3%정도 저하한다. 이 때문에, 광속 유지율이 저하한다. 또한, 평균 입자 지름이 100nm을 넘으면 충전성이 저하하여 피복율이 95%를 밑돌고, 평균 입자 지름이 100nm 이하인 경우에 비해 광속 유지율의 저하가 커진다. 한편, 평균 입자 지름이 1nm 미만이 되면 γ-Al₂O₃입자를 제조하는 것이 곤란해져, 응집성도 증가하므로 실용적이지 않다.

(실시예3)

장지름/단지름비가 1/1∼1.5/1, 또한 평균 입자 지름이 1∼50nm인 구형상 γ-Al₂O₃, TiO₂, SiO₂및 Y₂O₃를 사용하여, 물을 분산매로 하여 농도가 2wt%인 서스펜션을 조제하고, 실시예 1과 마찬가지로 하여 유리 기판상에 막두께 0.5㎛의 피막을 형성하여 피복율을 구했다. 이 결과를 표3에 나타낸다. (샘플 3-1∼3-4)

(표3)

표3에 나타낸 바와같이, 모든 재료에 있어 피복율은 매우 높고, 보호막으로서의 기능을 충분히 발휘할 수 있는 것으로 되어 있다.

(실시예4)

도2는 정격출력 40W의 직관형 형광 램프의 점등시간과 광속 유지율의 관계(이하, 「광속 유지 특성」이라고 한다)를 나타내는 도면이다. 곡선 B₁는 장지름/단지름비가 1/1∼1.5/1, 또한 평균 입자 지름이 1∼50nm인 구형상 γ-Al₂O₃입자를 사용하여 조제한 서스펜션에 의해 보호막을 형성한 형광 램프의 광속 유지 특성이고, 곡선 B₂는 장지름/단지름비가 1/1∼1.5/1, 또한 평균 입자 지름이 50∼100nm인 구형상 γ-Al₂O₃입자를 사용하여 조제한 서스펜션에 의해 보호막을 형성한 형광 램프의 광속 유지 특성이다. 또한, 곡선 C는 평균 입자 지름이 20nm인 무정형 γ-Al₂O₃입자를 사용하여 조제한 서스펜션에 의해 보호막을 형성한 종래의 형광 램프의 광속 유지 특성이다. 또한, 막두께는 모두 0.5㎛로 했다.

점등시간이 8000시간에 있어서, 곡선B₁및 B₂로 나타낸 본 실시예의 형광 램프에서는 광속 유지율이 90∼91%로 되어 있는데 대해, 곡선 C로 나타낸 종래의 형광 램프에서는 광속 유지율이 약 80%로 저하했다. 본 실시예의 보호막에서는 피복율이 95%이상으로 높기 때문에, 수은이나 자외선에 의한 유리관의 흑화가 효과적으로 억제되므로 광속 유지율이 높게 유지된다. 한편, 종래의 보호막에서는 피복율이 77%로 낮으므로, 수은이나 자외선이 유리관에 접촉하는 양이 많아지고, 수은과 유리관중의 알칼리 성분의 반응이나 자외선에 의한 반전현상 등에 의한 유리관의 흑화가 촉진되어 광속 유지율이 저하한다.

(실시예5)

도3은 정격 출력 30W의 환관형 형광 램프의 광속 유지 특성을 나타낸는 도면이다. 곡선 D₁는 장지름/단지름비가 1/1∼1.5/1, 또한 평균 입자 지름이 1∼50nm인 구형상 γ-Al₂O₃입자를 사용하여 조제한 서스펜션에 의해 보호막을 형성한 형광 램프의 광속 유지 특성이고, 곡선 D₂는 장지름/단지름비가 1/1∼1.5/1, 또한 평균 입자 지름이 50∼100nm인 구형상 γ-Al₂O₃입자를 사용하여 조제한 서스펜션에 의해 보호막을 형성한 형광 램프의 광속 유지 특성이다. 또한, 곡선 E는 평균 입자지름이 20nm인 무정형 γ-Al₂O₃입자를 사용하여 조제한 서스펜션에 의해 보호막을 형성한 종래의 형광 램프의 광속 유지 특성이다. 막두께는 모두 0.5㎛로 했다.

점등시간 4000시간에 있어서, 곡선 D₁및 D₂로 나타낸 본 실시예의 형광 램프에서는 광속 유지율이 93∼95%로 되어 있는데 대해, 곡선 E로 나타낸 종래의 형광 램프에서는 광속 유지율이 약 85%로 저하되고, 실시예 4의 경우와 마찬가지로 보호막의 효과의 차이가 나타났다.

또한, 상기 각 실시예에서는 보호막 재료로서 주로 γ-Al₂O₃를 사용한 경우에 대해 기술했는데, 다른 형, 예를들면 α-Al₂O₃를 사용한 경우, 혹은 α-Al₂O₃와 γ-Al₂O₃를 혼합하여 사용한 경우에도 같은 효과를 얻을 수 있다. 또한, TiO₂, SiO₂및 Y₂O₃중 하나를 이용한 경우, Al₂O₃, TiO₂, SiO₂및 Y₂O₃중 2종 이상을 적당히 조합한 경우에도 거의 같은 효과를 얻을 수 있다. 또한, 서스펜션의 분산매는 물에 한정되지 않고, 초산부틸 등의 유기계 분산매를 사용해도 된다. 또한, 필요에 따라 바인더 등을 첨가해도 된다.

이와같이, 상기 각 실시예에서는 구형상 혹은 대략 구형상인 γ-Al₂O₃를 100% 사용한 경우에 대해 기재했는데, 이에 한정되지 않고, 발명의 주지에 위반되지 않는 한에 있어서, 피복율이나 광속 유지 특성을 손상시키지 않고 종래의 재료와 적당히 혼합하여 사용할 수 있다.

이상 설명한 바와같이, 본 발명은 유리관과 이 유리관의 내면에 형성된 보호막과 이 보호막 위에 형성된 형광체층을 구비하고, 보호막이 주로 실질적으로 구형상인 금속 산화물 입자로 구성됨으로써, 보호막이 치밀하고 균질하므로 수은이나 자외선의 저지성능이 높고 유리관의 흑화가 억제되어 우수한 광속 유지 특성을 가지는 형광 램프를 제공할 수 있다.

Claims (8)

1. 유리관과 이 유리관의 내면에 형성된 보호막과 이 보호막 위에 형성된 형광체층을 구비하고, 상기 보호막이 주로 실질적으로 구형상인 금속 산화물 입자로 구성된 것을 특징으로 하는 형광램프.
2. 제1항에 있어서, 금속 산화물 입자의 장지름/단지름비가 1/1∼1.5/1인 것을 특징으로 하는 형광램프.
3. 제1항에 있어서, 금속 산화물 입자의 평균 입자지름이 1nm∼100nm인 것을 특징으로 하는 형광램프.
4. 제1항에 있어서, 금속 산화물 입자가 Al₂O₃, TiO₂, SiO₂및 Y₂O₃중 에서 선택되는 적어도 1종으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 형광램프.
5. 유리관과 이 유리관의 내면에 형성된 보호막과 이 보호막 위에 형성된 형광체층을 구비하는 형광 램프의 제조방법에 있어서, 실질적으로 구형상인 금속 산화물 입자를 주성분으로 하는 분산질을 함유하는 현탁액을 조제하는 공정과, 상기 현탁액을 유리관의 내면에 도포하여 소성함으로써 상기 유리관의 내면에 보호막을 형성하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 형광 램프의 제조방법.
6. 제5항에 있어서, 금속 산화물 입자의 장지름/단지름비가 1/1∼1.5/1인 것을 특징으로 하는 형광 램프의 제조방법.
7. 제5항에 있어서, 금속 산화물 입자의 평균 입자지름이 1nm∼100nm인 것을 특징으로 하는 형광 램프의 제조방법.
8. 제5항에 있어서, 금속 산화물 입자가 Al₂O₃, TiO₂, SiO₂및 Y₂O₃중 에서 선택되는 적어도 1종으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 형광 램프의 제조방법.