KR200429141Y1 - 다이아몬드형 탄소박막이 표면 전부 또는 일부분의 표면에 코팅된 전극봉을 구비하는 것을 특징으로 하는 냉음극형광램프 - Google Patents

다이아몬드형 탄소박막이 표면 전부 또는 일부분의 표면에 코팅된 전극봉을 구비하는 것을 특징으로 하는 냉음극형광램프 Download PDF

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Abstract

본 고안은 냉음극형광램프에 관한 것으로 유리관과, 상기 유리관 내부표면은 형광체로 도포되어 있으며, 상기 유리관의 내부에는 소정량의 수은과 아르곤 및 네온의 혼합가스가 들어있고, 상기 유리관의 양끝에는 전극이 형성되며, 상기 전극은 상기 유리관 외부에서 내부로 통하는 핀과 상기 핀의 중간에는 비드 글래스가 형성되고, 내부로 유입된 핀의 끝에는 전극봉이 형성되어 있다. 상기 전극봉의 표면을 낮은 전압에서도 전자 방출 특성이 우수하고 경도와 화학적 안정성이 뛰어난 다이아몬드형 탄소(Diamond-Like Carbon) 박막을 플라즈마에 의해 코팅하는 것을 특징으로 한다. 상기 냉음극형광램프는 그 수명을 향상시킬 뿐만 아니라 램프의 밝기를 향상시키고 발열량을 낮추는 이점이 있다.
냉음극형광램프, CCFL, 전극봉, 다이아몬드형 탄소(Diamond-Like Carbon)

Description

다이아몬드형 탄소박막이 표면 전부 또는 일부분의 표면에 코팅된 전극봉을 구비하는 것을 특징으로 하는 냉음극형광램프{Cold Cathode Fluorescent Lamp Having A Electrode Coated With Diamond-Like Carbon}
도 1은 냉음극형광램프의 단면도이다.
도 2는 냉음극형광램프를 제작하는 순서도이다.
도 3 및 도 4는 본 고안의 일 실시예에 따른 플라즈마코팅법을 나타낸 것이다.
{도면의 주요부호에 대한 설명}
101 : 형광체 102 : 전극 봉
103 : 비드 글래스 104 : 핀
105 : 수은 106 : 혼합가스
본 고안은 냉음극형광램프에 관한 것으로, 특히 전극 봉을 다이아몬드형 탄 소(Diamond-Like Carbon) 박막을 플라즈마에 의해 코팅한 냉음극형광램프에 관한 것이다.
도 1은 냉음극형광램프의 단면도이다.
상기 실시예에서, 냉음극형광램프는 유리관(107), 핀(104), 비드 글래스(103), 전극 봉(102) 및 혼합가스(106)를 포함한다.
상기 실시예는, 냉음극형광램프의 내부 단면도를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 1을 참조하면, 냉음극형광램프는 유리관이 존재하며, 유리관 내부에는 일정량의 수은과 아르곤 및 네온(105)의 혼합가스(106)가 포함된다. 상기 유리관의 외벽에는 형광물질(101)이 도포되어 있고, 초기 시동 개선을 위해 형광체에 소량의 알루미나를 첨가하기도 한다. 상기 유리관의 양끝에는 전극이 형성된다. 상기 전극에는 핀(104), 비드 글래스(103) 및 전극 봉(102)이 포함된다.
램프의 양전극에 고전압을 인가하면, 전극으로부터 전계에 의한 전자 방출이 일어난다. 형광등의 필라멘트를 데워서 옥사이드를 방출하고, 이 옥사이드로부터 전자가 방출되는 것과는 차이가 있다. 열에 의한 전자 방출이 아니고 전계에 의한 전자 방출 방식이므로 열이 불필요하여 냉음극형광램프라 붙여진 것이다. 전자가 방출하여 수은을 여기 시키고, 수은이 여기 되면서 자외선이 발산하며, 이 자외선을 형광체가 가시광선으로 변환하여 주는 것은 형광등과 동일한 원리이다.
즉, 램프의 양단에 고전압을 인가하면 유리관(107)안에 전자가 고속으로 전극으로 유인되고 가속된 전자나 양이온이 전극표면에 충돌로 발생된 2차 전자에 의해 방전이 개시된다. 전극에서 발산된 전자는 수은 원자와 충돌하고 이 충돌로 인 하여 253.7nm의 자외선이 발생된다. 이 자외선이 유리관 내면에 도포된 형광체를 여기 시켜 가시광선을 발하게 된다.
도 2는 냉음극형광램프의 제조과정을 나타낸 순서도이다.
상기 실시예는, 냉음극형광램프가 완성되는 과정을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 2를 참조하여 상기 냉음극형광램프의 제조과정을 설명하면 다음과 같다.
우선 긴 유리관을 길이에 맞도록 자른다(유리관 절단). 상기 자른 유리관은 내부에 이물질이 없도록 깨끗이 세척된 후(유리관 세척) 내부에 형광체가 도포된다(형광체 도포). 상기 형광체가 도포된 유리관 중 마운트가 실링될 수 있도록 도포되어 있는 형광체는 제거된다(넥클리닝). 이 후 형광체 내의 이물을 태워 없애고(베이킹), 유리관 양단에 전극을 형성하여 실링한다(마운팅 및 가실링). 유리관 내부에 수은을 주입하고(수은주입), 내부를 진공을 만든 후(베기) 필요한 가스를 적정량 주입한다(가스 주입). 상기 주입된 가스는 세지 않도록 적절하게 봉합되어지고(봉합), 다시 수은이 램프안으로 들어가도록 강제 확산시킨다(1차 수은 확산).
이 후, 제품의 마킹을 찍고(마킹), 가실링된 마운트부분을 완전 실링한다(2차 실링). 불필요한 부분을 자른 후(커팅) 실링과정에서 검게 그을린 리드선을 환원 처리한다(산화환원). 수은을 램프전체에 골고루 퍼지도록 고온으로 확산시키고(2차수은확산) 완성을 한다.
상기 완성된 램프를 불이 제대로 들어오는가 검사하고(전등검사), 램프 에이징을 한다(에이징). 리드에 납을 입히고(리드디핑) 사용자의 스펙에 맞도록 커팅을 한다(커팅). 최종적으로 점등 검사 및 겉모양을 검사함으로써 냉음극형광램프가 완성된다.
상기 완성된 냉음극형광램프는 여러 가지 요소에 의하여 그 수명에 영향을 받는다. 유리관의 내경이 작거나 가스압이 작거나 수은량이 적으면 수명이 적어진다. 전극의 단면적 또한 수명에 중요한 역할을 한다. 단면적이 클수록 수은 감소량이 적어지므로 수명은 길어진다. 또한 전극의 재질도 중요한 요소 중의 하나이다.
다이아몬드형 탄소(Diamond-Like Carbon)는 화학적으로 불활성이며, 경도가 높고 특히 일함수가 4.0eV 이하로써, 전계 방출 소자로 사용이 기대되고 있다. 이러한 다이아몬드형 탄소(Diamond-Like Carbon)는 전계 방출 소자로서 바람직한 성질을 구비하고 있다.
일반적으로 전자 방출은 진공속에서 전자전송을 기초로 하고 있으며 전극봉에서 전자가 방출되고, 이 방출된 전자가 형광막을 때려서 빛을 낸다. 이러한 전자를 방출하기 위한 전극봉으로 니켈, 몰리브덴, 텅스텐 등의 금속이 사용되었으나, 이들 재료는 전자와 입자들의 산란과 전극봉이 산화 된다는 점, 장시간 사용할 때 전기적 안정성 등에 있어서 문제가 제기되고 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위해서, 다이아몬드형 탄소(Diamond-Like Carbon)에 대한 연구가 활발히 진행 중에 있으며, 특히 수소함량이 적은 다이아몬드형 탄소(Diamond-Like Carbon)는 그렇지 않은 다이아몬드형 탄소(Diamond-Like Carbon)에 비하여 sp3 결합 비율이 높고 전자 방출 특성이 더 우수하여 연구가 집중되고 있 다.
다이아몬드형 탄소(Diamond-Like Carbon) 박막의 일함수를 조절하고, 전자 방출 효율을 높이기 위해서는 질소 도핑이 중요하다. 다이아몬드형 탄소(Diamond-Like Carbon)를 도핑하기 위해서 사용 가능한 방법으로는 플라즈마 화학기상 증착법(PECVD), 필터 진공 아아크 증착법(filtered vacuum arc deposition)등이 공지되어 있다.
현재 보통 사용되고 있는 전극 봉의 재료는 니켈이나 몰리브덴이다. 니켈은 일함수가 5.0eV이고 몰리브덴의 일함수는 4.3eV이다. 상기 금속은 일함수가 높으므로 이를 이용하여 전자가 방출되기 위해서는 높은 전압을 인가할 필요가 있다. 전압과 전류를 올려야 전자 방출량이 많아지므로 니켈이나 몰리브덴으로 만든 전극봉의 냉음극형광램프(CCFL)는 전기소모율이 높고 따라서 열이 많이 발생된다는 문제점이 있었다. 이는 LCD TV에서 매우 중요한 문제점이다.
이에 따라, 경도가 높고 가스와의 반응이 어려운 화학적인 안정성과 저전압에 의해서도 전자방출특성이 우수한 전극봉이 요구되고 있다.
본 고안은 상기와 같은 문제점을 해결하고자 저전압하에서 전자 방출 특성이 우수한 일함수가 낮은 다이아몬드형 탄소(Diamond-Like Carbon) 또는 질소를 기상도핑하는 다이아몬드형 탄소(Diamond-Like Carbon) 박막을 플라즈마에 의해 코팅한 냉음극형광램프를 제공하는 데 있다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 고안의 냉음극형광램프는 유리관과, 상기 유리관 내부표면은 형광체로 도포되어 있으며, 상기 유리관의 내부에는 소정량의 수은과 아르곤 및 네온의 혼합가스가 들어있고, 상기 유리관의 양끝에는 전극이 형성되며, 상기 전극은 상기 유리관 외부에서 내부로 통하는 핀과 상기 핀의 중간에는 비드 글래스가 형성되고, 내부로 유입된 핀의 끝에는 전극 봉이 형성되며, 상기 전극 봉의 표면을 다이아몬드형 탄소(Diamond-Like Carbon)로 플라즈마에 의해 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 고안에서 상기 다이아몬드형 탄소(Diamond-Like Carbon) 박막을 코팅하는 방법은 플라즈마코팅법을 이용하는 것이 바람직하고, 상기 플라즈마코팅법은 화학기상증착법, 물리기상증착법 또는 화학기상증착법과 물리기상증착법을 혼합한 하이브리드(Hybrid)법 중 선택되는 하나의 방법을 이용하는 것이 바람직하다.
본 고안에서 상기 화학기상증착법은 탄화수소가스, 수소 및 아르곤 가스 중에서 선택되는 1종 이상의 혼합가스를 사용하고, 상기 물리기상증착법은 증발, 스퍼터링, 플라즈마 PVD 및 레이저 어블레이션 중 선택되는 1종 이상의 방법을 이용하는 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기 다이아몬드형 탄소(Diamond-Like Carbon) 박막은 질소가 도핑되고, 상기 질소는 플라즈마코팅법 또는 플라즈마 이온주입법에 의해 도핑되는 것이 바람직하다.
이하, 본 고안의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 하기의 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하며, 본 고안의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
플라즈마란 제4의 물질 상태로 고온에서는 충돌에 의하여 원자나 분자로부터 음전기를 띈 전자가 분리되며, 전자와 양전기를 띈 이온이 혼돈상태로 섞여 있는 것이다. 그 일 예로, 형광등, 네온사인, 번갯불에서 볼 수 있다.
상기 물리기상증착법은 증발, 스퍼터링, 플라즈마 PVD, 레이저 어블레이션 방법 등으로 분류할 수 있다.
상기 증발은 열에너지를 이용하는 것으로, 상기 열에너지를 공급하는 방법에 따라서 세부적으로 분류하는데 필라멘트, 저항가열 보트, 전자빔, 아크 등을 용도에 따라 이용한다. 전자빔과 아크 증발원을 이용하는 경우에는 플라즈마가 발생한다.
상기 스퍼터링은 스퍼터링은 진공 중에서 불활성 기체(주로 Ar , Kr , Xe 등)의 글로 방전을 형성하여 양이온들이 음극 바이어스된 타겟에 충돌하도록 함으로써 운동량 전달에 의해 타겟의 원자가 방출되도록 하는 방법이다. 타겟이 전도체일 경우에는 직류 바이어스를 사용할 수 있지만 부도체인 경우에는 공간전하가 축 적되는 것을 막기 위해서 RF(13.56MHz)나 펄스화된 직류 전원을 이용해서 바이어스를 인가해야 한다. 방출된 원자들은 진공조 안에서 자유롭게 운동하게 되며 기판에 입사되는 원자들은 증착층을 형성한다. 스퍼터링된 원자들은 운동량 전달에 의해 비교적 높은 운동에너지를 가지므로 기판 표면에서 증착층을 형성할 때 열역학적으로 안정한 위치로 표면 확산이 일어나게 되며, 따라서 치밀한 조직을 갖는 피막을 형성한다. 스퍼터링과 함께 반응성 가스(N2 , NH3 , CH4 , C2H2 등)를 도입하게 되면 반응성 가스분자들도 함께 이온화되고 활성화되며 스퍼터링된 원자들과 반응하여 질화물, 탄화물 등의 화합물 피막을 형성한다.
상기 플라즈마 PVD 공정에서 증착막의 품질을 결정하는 가장 중요한 요인 중의 하나는 이온충돌 효과이다. 플라즈마 중에 존재하는 이온들이 전기장에 의해 가속되어 성장하는 증착막 표면에 입사, 충돌함으로써 운동에너지를 전달하게 되고, 이에 따라서 증착막의 미세조직이 치밀해지고 결함이 감소한다. 이온충돌 효과에 있어서 중요한 변수는 이온의 유입량과 가속에너지이다. 지나치게 가속 에너지가 크면 증착 원자들의 스퍼터링 현상이 심해지므로 현재의 플라즈마 PVD에서는 기판의 바이어스를 10∼300V 정도로 제어한다.
도 3은 물리기상증착법으로 플라즈마코팅을 위한 장치가 개략적으로 나타나 있다.
도 3을 참조하면, 상기 플라즈마코팅을 위한 장치는 플라즈마코팅소스(301) 와 지그(302)를 포함하고, 상기 지그(302)에는 코팅을 원하는 전극봉(102)이 세워져 있다.
하부지그(302)에 표면처리(코팅)할 부분을 상부로 하여 전극봉(102)을 고정시킨다. 지그 상부에는 코팅하고자 하는 물질(그라파이트)로 만들어진 플라즈마코팅소스(301)가 고정되어 있다. 상기 플라즈마코팅소스(301) 물질을 플라즈마로 활성화시켜 전극봉(102) 표면에 코팅이 되도록 한다.
도 4는 화학기상증착법으로 플라즈마코팅을 위한 장치가 개략적으로 나타나 있다.
도 4를 참조하면, 상기 플라즈마코팅을 위한 장치는 개스관(303)과 지그(302)를 포함하고, 상기 지그(302)에는 코팅을 원하는 전극봉(102)이 세워져 있다.
하부지그(302)에 표면처리(코팅)할 부분을 상부로 하여 전극봉(102)을 고정시킨다. 지그 상부에는 코팅하고자 하는 물질(메탄, 아세틸렌, 에탄, 벤젠, 톨루엔 등 탄화수소계열 개스)을 공급하기 위한 개스관(303)이 고정되어 있다. 상기 코팅하고자 하는 물질을 플라즈마로 활성화시켜 전극봉(102) 표면에 코팅이 되도록 한다.
또한, 코팅 전에 아르곤 플라즈마를 이용하여 전극봉 표면만을 활성화되도록 하여 표면 개질한 다음 코팅을 하면 반응성이 더 좋아지고, 접착력이 좋아진다. 위와 같은 방법으로 코팅하면 그 수명이 더 오래갈 수 있다.
다이아몬드형 탄소(Diamond-Like Carbon) 박막의 일함수를 조절하고, 전자 방출 효율을 높이기 위해서는 질소 도핑이 중요하다. 질소를 도핑하는 첫 번째 방법은 플라즈마로 다이아몬드형 탄소(Diamond-Like Carbon) 박막 층을 증착한 후, 에칭 플라즈마로 수소를 화학적 에칭 작용으로 제거하는 다이아몬드형 탄소(Diamond-Like Carbon) 박막 제조 방법에 있어서, 상기 다이아몬드형 탄소(Diamond-Like Carbon) 박막에 질소를 도핑하는 단계를 구비하고, 수소 함량이 적으면서도 질소가 도핑된 다이아몬드형 탄소(Diamond-Like Carbon) 박막 층을 얻는 방법이다. 바람직하게는 상기 플라즈마에 질소를 포함시켜 증착 단계에서 질소를 도핑시킨다.
질소를 도핑하는 두 번째 방법은 플라즈마 이온주입법을 이용하는 것이다. 질소가 포함되거나 포함되지 않은 플라즈마로 다이아몬드형 탄소(Diamond-Like Carbon) 박막 성장시키고, 바람직하게는 에칭 플라즈마에 노출시켜 수소를 제거한 후, 플라즈마 이온주입법에 의하여 질소를 도핑시킨다. 이러한 플라즈마 이온주입법은 수소 함량이 적은 다이아몬드형 탄소(Diamond-Like Carbon) 박막뿐만 아니라 제조방법이 다른 모든 다이아몬드형 탄소(Diamond-Like Carbon) 박막에도 동일하게 적용될 수 있다.
상기와 같이, 본 고안의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 실용신안등록청구범위에 기재된 본 고안의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 고안을 다양하게 수정 및 변경 시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
상술한 바와 같이, 본 고안에 의하면 냉음극형광램프(CCFL)용 니켈이나 몰리브덴으로 만든 전극봉은 일함수가 높으므로 상기 전극봉 표면에 일함수가 낮은 다이아몬드형 탄소(Diamond-Like Carbon) 박막을 플라즈마에 의해 코팅함으로써 경도가 높고 가스와의 반응이 어려운 화학적인 안정성과 저전압에 의해서도 전자 방출특성이 우수하여 냉음극형광램프(CCFL)의 수명을 향상시킬 수 있다.
또한, 낮은 전압에서도 전자방출이 되므로 높은 전압을 인가할 필요가 없기 때문에 상기 냉음극형광램프(CCFL)는 낮은 전류에도 전자방출량이 많이 발생되어 전기소모율을 낮출 수 있으며, 특히 LCD TV에서 중요한 발열을 낮출 수 있다.

Claims (7)

  1. 유리관과, 상기 유리관 내부표면은 형광체로 도포되어 있으며, 상기 유리관의 내부에는 소정량의 수은과 아르곤 및 네온의 혼합가스가 들어있고, 상기 유리관의 양끝에는 전극이 형성되며, 상기 전극은 상기 유리관 외부에서 내부로 통하는 핀과 상기 핀의 중간에는 비드 글래스가 형성되고, 내부로 유입된 핀의 끝에는 전극봉이 형성되는 냉음극형광램프에 있어서,
    상기 전극봉의 표면 전부 또는 일부분의 표면에 다이아몬드형 탄소(Diamond-Like Carbon) 박막을 코팅하는 것을 특징으로 하는 냉음극형광램프.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 다이아몬드형 탄소(Diamond-Like Carbon) 박막을 코팅하는 방법은 플라즈마코팅법을 이용하는 것을 특징으로 하는 냉음극형광램프.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 플라즈마코팅법은 화학기상증착법, 물리기상증착법 또는 화학기상증착법과 물리기상증착법을 혼합한 하이브리드(Hybrid)법 중 선택되는 하나의 방법을 이용하는 것을 특징으로 하는 냉음극형광램프.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 화학기상증착법은 탄화수소가스, 수소 및 아르곤 가스 중에서 선택되는 1종 이상의 혼합가스를 사용하는 것을 특징으로 하는 냉음극형광램프.
  5. 제 3항에 있어서, 상기 물리기상증착법은 증발, 스퍼터링 및 플라즈마 PVD 중 선택되는 1종 이상의 방법을 이용하는 것을 특징으로 하는 냉음극형광램프.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 다이아몬드형 탄소(Diamond-Like Carbon) 박막은 질소가 도핑되는 것을 특징으로 하는 냉음극형광램프.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 질소는 플라즈마코팅법 또는 플라즈마 이온주입법에 의해 도핑되는 것을 특징으로 하는 냉음극형광램프.
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