KR20050012666A - 방전 램프 - Google Patents

방전 램프

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Abstract

2차 전자 방출 효율이 높고 스퍼터링 비율이 낮은 다이아몬드가 냉 음극으로서 사용되는 본 발명의 방전 램프는 방전 가스가 충전된 외피와, 외피의 내부면 상에 제공된 형광 피막과, 방전이 외피 내에서 일어나게 하는 한 쌍의 전극을 포함한다. 다이아몬드 부재가 각각의 전극의 표면 상에 제공되고, 산소가 0.002％ 이상 그리고 12.5％ 이하의 비율로 방전 가스 내에 함유된다.

Description

방전 램프 {DISCHARGE LAMP}
본원은 2003년 7월 25일자로 출원된 일본 특허 출원 제2003-202124 그리고 2003년 9월 29일자로 출원된 일본 특허 출원 제2003-338566호에 기초하고 이들로부터 우선권의 이익을 향유하며, 그 전체 내용은 참조로 여기에 수록되어 있다.
본 발명은 조명 장치 또는 액정 표시 장치의 역광으로서 사용되는 방전 램프에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 열 음극 또는 냉 음극을 사용하는 방전 램프에 관한 것이다.
방전 램프가 기존에 보급된 조명 광원의 약 1/2을 차지하고, 방전 램프의 기술은 일반적으로 산업 및 생활에 중요하다. 방전 램프는 희유 가스 및 소량의 수은이 충전되고 인이 피복된 내부면을 갖는 방전 튜브 그리고 서로 대향되도록 방전 튜브의 양단부 상에 제공된 음극을 그 기본 구조로서 포함한다. 전압이 음극들 사이에 인가될 때, 전자가 음극으로부터 방출되고 방전이 일어난다. 수은 원자는 전자 또는 여기된 희유 가스 원자의 충돌에 의해 에너지가 제공되고, 자외선이 조사된다. 조사된 자외선은 가시 광선을 발생시키도록 인을 여기시킨다. 예컨대 백색, 주광색 또는 청색인 방출 색상이 인의 형태에 따라 변한다.
방전 램프의 형태는 일반적으로 열 음극을 사용하는 방전 전극을 사용하는 방전 램프 그리고 냉 음극을 사용하는 방전 램프로서 분류된다. 열 음극은 "방출체"로서 불리는 전자 방출 물질이 피복된 코일 필라멘트로 구성된다. 열 음극을사용하는 방전 램프에서, 필라멘트의 온도가 1,000℃ 이상에 도달되며 방전 램프는 전류를 방출하여, 필라멘트 상에 피복된 방출체는 부분적으로 증발된다. 추가로, 필라멘트 상에 피복된 방출체는 이온의 충돌 또는 전자의 충돌에 의해 스퍼터링되고, 소모된다. 증발 또는 스퍼터링의 결과로서, 방출체는 방전 튜브 내로 확산된다. 확산된 방출체는 방전 튜브의 내부면에 부착되고, 수은과 반응하여, 아말감을 형성하고 검게 된다. 이러한 현상은 방전 램프의 외관을 망칠 뿐만 아니라 방전 램프의 발광량의 감소도 유발시킨다.
방전 램프가 방출체의 소모를 방지하도록 되어 있기 때문에, 예컨대 방출체를 위해 다이아몬드 입자를 사용하는 열 음극 방전 램프가 공지되어 있다(일본 특허 출원 공개 평10-69868호 및 제2000-106130호 참조). 다이아몬드가 전자 방출 효율이 높고 스퍼터링 저항이 높으므로, 다이아몬드 입자를 사용하는 방전 램프는 긴 수명 동안 높은 발광 효율이 보증된다. 각각의 필라멘트 상에 다이아몬드 입자를 피복 또는 부착하기 위해, 필라멘트를 구성하는 전자 재료가 다이아몬드 입자 및 유기 용매의 용액 혼합물 내에 침지되고, 예컨대 초음파 세척이 적용된다.
나아가, 방전 튜브 내로 수소 가스를 유입시킴으로써, 다이아몬드 입자는 덜 빈번하게 스퍼터링되고 방전 램프의 발광 효율은 향상된다. 그럼에도 불구하고, 본 발명의 발명자의 연구는 방출체를 위해 다이아몬드를 사용하는 방전 램프라도 장시간 동안 사용될 때 발광 효율의 악화에 불가피하게 직면한다는 것을 밝히고 있다.
한편, 냉 음극 발광 램프는 한 쌍의 냉 음극이 방전 튜브 내에 서로 대향되도록 배열되고 희유 가스 및 극소량의 수은이 방전 튜브 내로 충전되도록 구성된다. "냉 음극 방전 램프"로서 불리는 냉 음극 방전 램프는 방전 튜브의 외측에 제공되도록 구성된다. 바꿔 말하면, 냉 음극 방전 램프에서, 음극은 방전 표면과 접촉되지 않는다.
냉 음극 방전 램프는 열 음극 방전 램프와 비교될 때 특성적으로 필라멘트의 파열 확률이 낮고, 방출체의 소모가 낮고, 수명이 상당히 길다. 그러나, 냉 음극 방전 램프는 열 음극 방전 램프보다 발광 효율이 불리하게 낮다. 발광 효율을 향상시키도록 방출체를 위해 다이아몬드 입자를 사용하는 냉 음극 방전 램프가 공지되어 있다(일본 특허 출원 제2002-298777호 및 제2003-132850호 참조). 그러나, 열 음극 방전 램프에 유사하게, 본 발명의 발명자의 연구는 방출체를 위해 다이아몬드를 사용하는 냉 음극 방전 램프라도 장시간 동안 사용될 때 발광 효율의 악화에 불가피하게 직면한다는 것을 밝히고 있다.
본 발명의 목적은 적어도 종래 기술의 문제점을 해결하는 것이다.
본 발명의 일 태양에 따른 방전 램프는 방전 가스가 충전된 외피와; 외피의 내부면 상에 제공된 형광 피막과; 외피 내에 제공되고, 전기 방전이 외피 내에서 일어나게 하는 전극과; 각각의 전극의 표면 상에 제공된 다이아몬드 부재를 포함한다. 방전 램프에서, 산소가 0.002％ 이상 그리고 12.5％ 이하의 비율로 방전 가스 내에 함유된다.
본 발명의 또 다른 태양에 따른 방전 램프는 방전 가스가 충전된 외피와, 외피의 내부면 상에 제공된 형광 피막과, 외피의 외부면 상에 제공되고, 전기 방전이 외피 내에서 일어나게 하는 전극과, 각각의 전극에 대향되도록 외피의 내부면 상에 제공된 다이아몬드 부재를 포함한다. 방전 램프에서, 산소가 0.002％ 이상 그리고 12.5％ 이하의 비율로 방전 가스 내에 함유된다.
본 발명의 또 다른 태양에 따른 방전 램프는 방전 가스가 충전된 외피와; 외피의 내부면 상에 제공된 형광 피막과, 외피 내에 제공되고, 전기 방전이 외피 내에서 일어나게 하는 전극과, 각각의 전극의 표면 상에 제공된 다이아몬드 부재와, 수소 흡수 합금을 포함하고, 외피 내에 제공되는 부재를 포함한다.
본 발명의 또 다른 태양에 따른 방전 램프는 방전 가스가 충전된 외피와, 외피의 내부면 상에 제공된 형광 피막과, 외피의 외부면 상에 제공되고, 전기 방전이 외피 내에서 일어나게 하는 전극과, 각각의 전극에 대향되도록 외피의 내부면 상에 제공된 다이아몬드 부재와, 수소 흡수 합금을 포함하고, 외피 내에 제공되는 부재를 포함한다.
본 발명의 다른 목적, 특징 및 장점은 첨부 도면과 연계되어 읽혀질 때 본 발명의 다음의 상세한 설명으로부터 분명해질 것이다.
도1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 방전 튜브 내로 충전된 산소 가스를 갖는 냉 음극 방전 램프의 단면도.
도2는 방전 튜브 내로 충전된 산소 가스의 분압과 방전 개시 전압 사이의 관계의 특성도.
도3은 다이아몬드 피막을 형성하는 마이크로파 플라즈마 화학 증착(CVD) 시스템의 개략도.
도4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 방전 튜브 내로 충전된 산소 가스를 갖는 외부 전극 방전 램프의 단면도.
도5a 및 도5b는 본 발명의 제3 실시예에 따른 방전 튜브 내로 충전된 산소 가스를 갖는 열 음극 방전 램프의 단면도.
도6a 및 도6b는 본 발명의 제4 실시예에 따른 수소 흡수 합금을 포함하는 열 음극 방전 램프의 단면도.
도7은 본 발명의 제5 실시예에 따른 수소 흡수 합금을 포함하는 열 음극 방전 램프의 단면도.
도8은 본 발명의 제6 실시예에 따른 수소 흡수 합금을 포함하는 냉 음극 방전 램프의 단면도.
도9는 본 발명의 제7 실시예에 따른 수소 흡수 합금을 포함하는 냉 음극 방전 램프의 단면도.
도10은 본 발명의 제8 실시예에 따른 방전 램프 내에 n-형 도펀트가 도핑된 다이아몬드의 에너지 밴드 다이어그램.
도11은 본 발명의 제9 실시예에 따른 방전 램프 내의 음극의 단면도.
도12는 본 발명의 제10 실시예에 따른 방전 램프 내의 음극의 단면도.
도13은 본 발명의 제11 실시예에 따른 수소 흡수 합금을 포함하는 외부 전극 방전 램프의 단면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1: 유리 튜브
2: 방전 공간
4: 인
10: 수은 원자
11: 산소 가스
12a, 12b: 전극
13a, 13b: 이온
14a, 14b: 다이아몬드 피막
15a, 15b: 음극 지지 부재
16a, 16b: 리드 와이어
17: 2차 전자
본 발명의 예시 실시예가 첨부 도면을 참조하여 상세하게 설명될 것이다.
도1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 방전 튜브 내로 충전된 산소 가스를 갖는 냉 음극 방전 램프의 단면도이다. 도1에 도시된 바와 같이, 한 쌍의 전극(냉 음극)(12a, 12b)이 각각 유리 튜브(1)의 내부의 양단부 상에 제공된다. 전극(12a,12b)은 각각 텅스텐(W) 및 몰리브덴(Mo)으로 구성된 음극 지지 부재(15a, 15b) 그리고 음극 지지 부재(15a, 15b)의 표면 상에 형성된 다이아몬드 피막(14a, 14b)을 포함한다. 음극 지지 부재(15a, 15b)는 각각 리드 와이어(16a, 16b)를 통해 외부 전원에 연결된다. 방전 가스가 유리 튜브(1) 내로 충전된다. 희유 가스(예컨대, Ar, Ne 또는 Xe) 또는 Ar, Ne 및 Xe와 산소 가스의 혼합물 희유 가스가 방전을 용이하게 하도록 60 헥토파스칼의 압력으로 유리 튜브(1) 내로 방전 가스로서 충전된다. 전체 압력에 대한 수소 가스의 분압비가 1％이다. 나아가, 수 ㎎의 극소량의 수은이 유리 튜브(1) 내로 충전된다. 제1 실시예에 따르면, 극소량의 산소 가스(11)가 특성적으로 1％의 분압 비율로 유리 튜브(1) 내로 추가로 충전된다.
이러한 방전 램프에서, 예컨대 500 V의 높은 전압이 외부 전원에 연결된 리드 와이어(16a, 16b)를 통해 전극(12a, 12b)들 사이에 인가된다. 정상적으로, 교류 전압이 전극(12a, 12b)들 사이에 인가된다. 전극(12a, 12b)들 중 하나가 방출체(음극)로서 기능할 때, 다른 전극이 양극으로서 기능한다.
전압이 인가되기 전, 유리 튜브(1)의 내부는 절연 상태이다. 전압이 전극(12a, 12b)들 사이에 인가될 때, 유리 튜브(1) 내에 잔류하는 전자가 양극을 향해 견인되고, 신속하게 이동되고, 희유 가스 또는 혼합물 희유 가스의 원자에 대해 충돌되어, 새로운 전자 및 새로운 희유 가스 이온을 발생시킨다. 충돌을 반복시킴으로써, 이온(13a)이 배가되고, 배가된 이온(13a)은 전극(음극)(12a)(또는 12b) 상에 입사된다. 결과적으로, 2차 전자(17)가 다이아몬드 피막(14a)(또는 14b)으로부터 방출되어, 방전을 개시한다.
또한, 2차 전자도 희유 가스 또는 혼합물 희유 가스의 원자에 대해 충돌된다. 충돌된 원자는 양이온(13a)으로 변환되고 전극(음극)(12a)(또는 12b) 상에 입사된다. 이온(13a)의 입사는 2차 전자(17)가 다이아몬드 피막(14a)(또는 14b)으로부터 재방출되게 한다. 전류 방전을 유지하는 데 필요한 전압(이하, "방전 유지 전압")이 전류 방전을 개시하는 데 필요한 전압(이하, "방전 개시 전압")보다 낮다.
2차 전자 방출 효율이 높은 다이아몬드가 사용되므로, 본 실시예에 따른 방전 램프의 방전 개시 전압 및 방전 유지 전압은 냉 음극을 위해 니켈(Ni) 등의 금속을 사용하는 종래의 방전 램프보다 훨씬 낮다. 추가로, 방전 가스 내에 함유된 수소가 다이아몬드 피막(14a, 14b)의 표면 상에서 차단된다. 그러므로, 2차 전자(17)는 높은 효율로써 방전 공간(2) 내로 방출될 수 있고 방전 유지 전압은 추가로 감소될 수 있다.
방전의 결과로서, 2차 전자는 유리 튜브(1) 내의 수은 원자(10) 그리고 희유 가스 또는 혼합물 희유 가스 원자(13b)에 대해 부분적으로 충돌되어, 원자(10, 13b)를 여기시키고 여기된 희유 가스 원자(13b)가 수은 원자(10)에 대해 충돌되게 한다. 수은 원자(10)는 희유 가스 원자(13b)와의 충돌에 의해 에너지가 제공되고, 자외선(18)이 수은 원자(10)로부터 방출된다. 자외선(18)은 인(4)을 여기시켜, 인(4)에 따라 방출 색상(예컨대, 백색, 주광색 또는 청색)을 갖는 가시 광선(19)이 램프로부터 조사된다.
방출체로서 다이아몬드 피막(14a, 14b)을 사용함으로써, 방전 개시 전압 및방전 유지 전압은 유리하게 낮게 설정될 수 있고, 전력 소비가 낮은 방전 램프는 유리하게 제공될 수 있다. 제1 실시예에 따른 방전 램프는 이들 장점뿐만 아니라 방전 가스 내에 극소량의 산소 가스(11)를 함유함으로써 다음의 장점도 나타낸다.
방전 가스 내의 원자를 이온화시킴으로써 발생된 이온(13a)이 다이아몬드 피막(14a, 14b)의 표면(방전 표면)에 대해 충돌될 때, 방전을 유지하는 데 필요한 2차 전자(17)는 방출되고 다이아몬드를 구성하는 탄소가 스퍼터링에 의해 중성 원자로서 방출된다. 방출된 중성 원자는 희유 가스 원자(13b) 및 수은 원자(10) 등의 원자에 대해 충돌되고, 다이아몬드 피막(14a, 14b)의 표면(방전 표면)에 부분적으로 재부착된다.
탄소의 동위 원소인 그래파이트가 다이아몬드보다 발생 에너지가 낮다. 이러한 이유로, 탄소의 재부착에 의해, 주로 그래파이트로 구성된 얇은 층 또는 그래파이트를 함유하는 비정질 탄소로 구성된 얇은 층이 각각의 다이아몬드 피막(14a, 14b)의 표면 상에 형성된다.
이러한 재부착층은 2차 전자 방출 효율이 낮다. 이는 다이아몬드를 사용함으로써 달성된 전극(12a, 12b)의 전자 방출 효율의 악화 그리고 높은 발광 효율의 영향의 감소를 불리하게 일으킨다. 추가로, 각각의 다이아몬드 피막(14a, 14b)의 방전 표면에 다이아몬드가 아닌 성분을 함유하는 재부착층이 피복되는 상태가 계속될 때, 음극을 위해 다이아몬드를 사용하는 냉 음극 방전 램프는 (방전 개시 전압의 증가에 대응하도록) 덜 빈번하게 전류를 방전하고, 방전 램프의 수명은 불리하게 상당히 단축된다.
제1 실시예에 따른 방전 램프는 방전 가스 내에 극소량의 산소 가스(11)를 함유한다. 그러므로, 재부착층은 방전 가스 내에 함유된 산소에 의해 선택적으로 제거될 수 있다. 산소 함유 플라즈마에서, 그래파이트 또는 비정질 탄소 등의 다이아몬드가 아닌 성분을 식각하는 식각 속도가 다이아몬드를 식각하는 식각 속도보다 높다. 그러므로, 다이아몬드가 아닌 성분을 함유하는 재부착층은 다이아몬드 피막(14a, 14b)에 비해 산소에 의해 선택적으로 제거될 수 있다. 이와 같이, 다이아몬드를 사용하는 음극의 양호한 2차 전자 방출 성능을 유지할 수 있고 실질적으로 긴 수명 및 높은 효율이 보증될 수 있는 냉 음극 방전 램프는 구현될 수 있다.
다음에, 제1 실시예에 따른 방전 램프 내의 유리 튜브(1) 내로 충전된 산소 가스(11)의 분압의 바람직한 범위가 설명될 것이다. 도2는 방전 튜브 내로 충전된 산소 가스(11)의 분압과 방전 개시 전압 사이의 관계의 특성도이다.
도2에서, 수평축은 유리 튜브(1)의 내부의 전체 압력(p[㎩])과 다이아몬드 피막(14a, 14b)들 사이의 최단 거리(d[㎝]) 사이의 곱(p×d[㎩·㎝])을 지시한다. 수직축은 방전 개시 전압(Vf[V])을 지시한다. 비교를 위해, 음극에서 금속(본 실시예에서 Mo)을 사용하는 경우를 지시하는 곡선도 도시되어 있다. 정상적으로, 곱(p×d)이 크면, 방전 개시 전압(Vf)은 높다. 도2에 도시된 바와 같이, 산소 가스의 비율[전체 압력에 대한 산소 가스의 분압비(％)]이 높으면, 방전 개시 전압(Vf)은 높다. 이는 이온화되기 어려운 산소 가스의 비율이 증가될 때 전류를 방전하기 어렵기 때문이다. 산소 가스 비율이 12.5％ 이하이면, 방전 개시 전압(Vf)은 금속보다 충분히 낮다. 그러나, 산소 가스 비율이 15％ 초과이면, 방전 개시 전압(Vf)은 금속보다 높다. 그러므로, 산소 가스의 분압비는 12.5％ 이하, 바람직하게는 10％ 이하 그리고 더욱 바람직하게는 5％ 이하로 설정된다.
산소 가스 비율이 0％이면 즉 어떠한 산소 가스도 방전 가스 내에 함유되지 않으면, 방전 개시 전압(Vf)은 상당히 낮다. 이러한 방전 개시 전압(Vf)은 방전 지속 시간이 0일 때 즉 방전 램프가 최초로 전류를 방전할 때의 전압에 대응한다. 어떠한 산소 가스도 함유되지 않으면, 방전 개시 전압(Vf)은 방전 지속 시간이 길어짐에 따라 높아지고, 방전 램프는 종종 전류를 방전할 수 없다. 다음의 표는 산소 가스의 비율[전체 압력에 대한 산소 가스의 분압비(％)], 방전 지속 시간 및 방전 개시 전압(Vf) 사이의 관계를 나타낸다.
[표]
표에서, 방전 개시 전압(Vf)은 교류 전압이 인가되면 방전 램프가 전류의 방전을 개시할 때의 전압에 대응하고, 방전 램프는 1/2 주기로 반복적으로 방전을 개시 및 중단한다. 표에서, 방전 개시 전압(Vf)이 방전 지속 시간에 따라 변하는 방식이 도시되어 있다.
표에 도시된 바와 같이, 산소 가스 비율이 0％이면 즉 어떠한 산소도 함유되지 않으면, 방전 개시 전압(Vf)은 방전 지속 시간이 길어짐에 따라 높아지고, 방전 램프는 최종적으로 전류를 방전하지 않는다. 마찬가지로, 산소 가스 비율이 0.001％ 및 0.0015％이면, 방전 개시 전압(Vf)은 방전 지속 시간이 길어짐에 따라 높아지고, 방전 램프는 최종적으로 전류를 방전하지 않는다. 이유는 다음과 같다. 산소 가스가 존재하지 않거나 거의 존재하지 않으므로, 각각의 다이아몬드 피막(14a, 14b)의 방전 표면 상에 다이아몬드가 아닌 성분을 함유하는 재부착층의 형성은 억제될 수 없다.
산소 가스 비율이 0.002％, 0.005％ 및 1％이면, 방전 개시 전압(Vf)은 증가되지 않거나 거의 증가되지 않는다. 이는 산소 가스가 충분히 존재하기 때문이고, 각각의 다이아몬드 피막(14a, 14b)의 방전 표면 상에 다이아몬드가 아닌 성분을 함유하는 재부착층의 형성을 억제할 수 있다. 그러므로, 산소 가스의 분압비는 0.002％ 이상 그리고 바람직하게는 0.005％ 이상으로 설정된다.
제1 실시예에 따른 방전 램프를 제조하는 방법이 설명될 것이다. 각각 W 또는 Mo으로 구성된 음극 지지 부재(15a, 15b)가 준비되고, 각각 약 10 ㎛의 두께의 다정질 다이아몬드 피막(14a, 14b)은 각각 음극 지지 부재(15a, 15b)의 표면 상에 형성된다. 다이아몬드 피막(14a, 14b)에는 붕소(B)가 도핑된다. 다이아몬드 피막(14a, 14b)은 마이크로파 플라즈마 CVD 방법을 사용하여 형성된다.
도3은 마이크로파 플라즈마 CVD 시스템의 구성을 도시하는 단면도이다. 도3에 도시된 바와 같이, 마이크로파가 마이크로파 도파관(62b) 및 마이크로파 유입 석영창(64)을 통해 마이크로파 헤드(62a)로부터 반응 챔버(63) 내로 유입된다.
반응 가스가 반응 챔버(63) 내로 반응 가스 입구(65)로부터 유입된다. 샘플(60)[다이아몬드 시드가 이식된 음극 지지 부재(15a, 15b)]이 히터 스테이지(61) 상에 장착된다. 히터 스테이지(61)의 지지 기부의 수직 위치가 조절될 수 있고, 최적 위치까지 그 수직 위치를 조절할 수 있는 기구가 제공된다. 반응 챔버(63)의 압력이 도시되지 않은 압력 조절 밸브에 의해 조절되고, 반응 챔버(63)의 공기는 로터리 펌프에 의해 배기된다. 추가로, 반응 챔버(63)는 로터리 펌프(66a, 66c) 및 터보 분자 펌프(66b)로 구성된 배기 시스템(66)에 의해 진공된다.
붕소 산화물(B2O3)이 2.68 ㎤의 메탄올 내에 용해되고, 최종의 용액이 137 ㎤의 아세톤과 혼합되어, 용액 혼합물을 발생시킨다. 이러한 용액 혼합물은 다이아몬드 피막(14a, 14b)에 마이크로파 플라즈마 CVD에 의해 캐리어 가스로서 사용되는 수소가 형성되는 반응 챔버(63) 내로 공급된다. 즉, 용액 혼합물은 탄소(다이아몬드) 공급원 및 B(붕소) 공급원으로서 역할한다. 이 때의 피막 형성 조건이 850℃의 기판 온도, 80 토르의 반응 챔버(63)의 내부 압력, 200 표준 ㎤/분(sccm)의 캐리어 가스의 유속, 2 ㎾의 마이크로파 전력 그리고 3시간의 피막 형성 시간이다. 결국, 전극(12a, 12b)은 완성되고, 리드 와이어(16a, 16b)는 각각 전극(12a,12b)에 부착된다.
인(4)이 피복된 유리 튜브(1)가 준비된다. 인(4)으로서, 칼슘-할포스페이트 인 등이 사용될 수 있고, 슬러리 인(4)은 유리 튜브(1)의 내부면 상에 피복될 수 있다. 리드 와이어(16a, 16b)가 부착되는 전극(12a, 12b)은 각각 유리 튜브(1)의 양단부 상에 배열된다. 방전 가스는 유리 튜브(1) 내로 유입되고, 유리 튜브(1)는 유리 튜브(1)의 양단부 상에 제공된 밀봉부로써 밀봉된다. 예컨대, 800℃의 온도로 유리 튜브(1)의 양단부 상에 밀봉부를 열처리함으로써, 밀봉부는 연화 및 유동화되어, 유리 튜브(1)는 밀봉될 수 있다.
도4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 방전 튜브 내로 충전된 산소 가스를 갖는 외부 전극 방전 램프의 단면도이다. 도1에 도시된 제1 실시예에 따른 구성 요소와 동일한 구성 요소는 각각 동일한 도면 부호에 의해 지시된다. 이러한 방전 램프는 방전 튜브의 외측에 제공된 전극을 갖는 소위 외부 전극 방전 램프이다. 전극들 사이에 전압을 인가함으로써, 방전이 방전 튜브 내에 유도되어 발광한다.
도4에 도시된 바와 같이, 방전 램프는 유리 튜브(21), 유리 튜브(21)의 내부면 상에 형성되고 자외선이 조사될 때 가시 광선을 발생시키는 인(26), 각각 유리 튜브(21)의 양단부의 내부면에 부착된 원통형 다이아몬드층의 쌍(24a, 24b) 그리고 각각 다이아몬드층의 쌍(24a, 24b)에 대해 유리 튜브(21)를 통해 유리 튜브(21)의 양단부의 외부면에 부착된 외부 전극쌍(23a, 23b)을 포함한다. 외부 전극쌍(23a, 23b)은 예컨대 텅스텐(W) 또는 몰리브덴(Mo)으로 구성된다.
방전 가스가 제1 실시예와 유사하게 유리 튜브(21)의 내부(25) 내로 충전된다. 즉, 희유 가스(예컨대, Ar, Ne 또는 Xe) 또는 Ar, Ne 및 Xe, 산소 가스 그리고 극소량의 수은의 혼합물 희유 가스가 유리 튜브(21) 내로 방전 가스로서 충전된다. 추가로, 극소량의 산소 가스(11)가 전체 압력에 대한 산소 가스의 분압비가 1％인 상태로 유리 튜브(21) 내로 충전된다.
다음에, 이러한 외부 전극 방전 램프의 작동이 설명될 것이다. 방전을 개시하기 위해, 40 ㎑의 주파수를 갖는 1,000 V의 고주파 전압이 외부 전극쌍(23a, 23b)들 사이에 인가된다. 다이아몬드층(24a, 24b)들 중 하나가 방출체(음극)로서 기능할 때, 다른 쌍은 카운터(양극)로서 기능한다. 이러한 고주파 전압이 전극(23a, 23b)들 사이에 인가될 때, 유리 튜브(21) 내에 잔류하는 전자가 양극을 향해 견인되고, 신속하게 이동되고, 희유 가스 또는 혼합물 희유 가스 원자(13b)에 대해 충돌되어, 새로운 전자 및 새로운 희유 가스 이온을 발생시킨다. 충돌을 반복시킴으로써, 이온(13a)이 배가되고, 배가된 이온(13a)은 음극(24a 또는 24b) 상에 입사된다. 결과적으로, 2차 전자(17)가 다이아몬드층의 쌍(24a)(또는 24b)으로부터 방출되어, 방전을 개시한다. 방전 가스 내에 함유된 수소가 다이아몬드층(24a, 24b)의 표면 상에서 차단되므로, 2차 전자(17)는 방전 공간(25) 내로 효율적으로 방출될 수 있다.
이러한 기구로써, 방전은 제1 실시예에 유사하게 단속적으로 일어나고, 인(26)은 방전에 의해 발생된 자외선(18)에 의해 여기되어 가시 광선(19)을 발생시킨다. 외부 전극 방전 램프에서, 외부 전극(23a, 23b)은 방전 공간(25)에 노출되지 않는다. 그러므로, 외부 전극(23a, 23b)의 소모를 억제하도록 수은이 유리 튜브(21) 내에 존재하게 할 필요가 없다. 그러므로, 수소 가스 및 희유 가스만 유리 튜브(21) 내로 충전되는 가스로서 사용될 수 있다.
이러한 외부 전극 방전 램프는 2차 전극 방출 효율이 높은 다이아몬드를 사용한다. 그러므로, 외부 전극 방전 램프의 방전 개시 전압은 방출체로서 유리를 사용하는 종래의 외부 전극 방전 램프의 방전 개시 전압보다 훨씬 낮다. 추가로, 방전 가스 내에 함유된 수소가 다이아몬드층(24a, 24b)의 표면 상에서 차단된다. 그러므로, 2차 전자(17)는 방전 공간(25) 내로 효율적으로 방출될 수 있고, 방전 개시 전압은 감소될 수 있다.
결국, 전자 방출원으로서 다이아몬드층(24a, 24b)을 채용함으로써, 낮은 전압으로 방전을 개시할 수 있고 낮은 전력 소비가 보증될 수 있는 방전 램프는 제공될 수 있다. 제2 실시예에 따른 방전 램프는 이들 장점뿐만 아니라 방전 가스 내에 극소량의 산소 가스(11)를 함유함으로써 제1 실시예와 동일한 장점도 나타낸다.
즉, 방전 가스 내에 극소량의 산소 가스(11)를 함유함으로써, 재부착층은 방전 가스 내에 함유된 산소에 의해 선택적으로 제거될 수 있다. 그러므로, 다이아몬드가 방전 표면에 항상 노출될 수 있다. 실질적으로 긴 수명이 보증될 수 있고 높은 효율을 갖는 다이아몬드를 사용한 음극의 2차 전자 방출 성능을 유지할 수 있는 외부 전극 방전 램프는 구현될 수 있다.
제1 실시예에 유사하게, 방전 램프 내의 유리 튜브(21) 내로 충전된 산소 가스의 분압은 검사된다. 결과적으로, 산소 가스의 분압의 바람직한 범위는 제1 실시예와 동일하다. 산소 가스의 분압비는 0.002％ 이상 그리고 바람직하게는 0.005％ 이상으로 설정되고, 12.5％ 이하, 바람직하게는 10％ 이하 그리고 더욱 바람직하게는 5％ 이하로 설정된다.
제2 실시예에 따른 방전 램프를 제조하는 방법이 설명될 것이다. 마스크 등을 사용함으로써, 다이아몬드층의 쌍(24a, 24b)은 각각 유리 튜브(21)의 양단부의 내부면 상에만 형성되고, 인(26)은 유리 튜브(21)의 내부면 상에 피복 및 형성된다. 다이아몬드층의 쌍(24a, 24b)의 형성에서, 전도도가 불필요하다. 그러므로, 형성 방법은 붕산(B2O3)이 첨가되지 않는다는 점을 제외하면 제1 실시예와 동일하다. 추가로, 인(26)의 재료 및 형성 방법은 제1 실시예와 동일하다. 인(26)은 마스크 등을 사용함으로써 다이아몬드층(24a, 24b)이 제공되는 유리 튜브(21)의 양단부의 내부면 상에 형성되지 않는다.
방전 가스는 유리 튜브(21) 내로 유입되고, 유리 튜브(21)는 유리 튜브(21)의 양단부 상에 제공된 밀봉부로써 밀봉된다. 예컨대, 800℃의 온도로 유리 튜브(21)의 양단부 상의 밀봉부를 열처리함으로써, 밀봉부는 연화 및 유동화되어, 유리 튜브(21)는 밀봉될 수 있다. 최종적으로, 외부 전극(23a, 23b)은 각각 유리 튜브(21)의 외부면의 양단부 상에 형성된다. 제2 실시예에 따른 방전 램프는 이처럼 완성된다.
도5a 및 도5b는 본 발명의 제3 실시예에 따른 열 음극 방전 램프의 단면도이다. 도1에 도시된 제1 실시예와 동일한 구성 요소는 각각 동일한 도면 부호에 의해 지시된다. 본 실시예에 따른 방전 램프는 열 음극을 사용하는 방전 램프이고,유리 튜브(30), 전극(35a, 35b), 전극 부재(31a, 31b), 리드 와이어(31c, 31d) 및 끼움부(34a, 34b)를 포함한다. 유리 튜브(30)는 투명하고 길고 협소하며, 내부면 상에 피복된 인(32)(예컨대, 칼슘-할포스페이트 인)을 갖는다. 전극(24a, 24b)은 각각 유리 튜브(30)의 양단부에 부착된다. 리드 와이어(31c)는 전극 부재(31a)를 지지하고, 전극 부재(31a)로 방전 램프의 외측에 제공된 끼움부(34a)를 전기적으로 연결한다. 마찬가지로, 리드 와이어(31d)는 전극 부재(31b)를 지지하고, 전극 부재(31b)로 방전 램프의 외측에 제공된 끼움부(34b)를 전기적으로 연결한다. 도5b에 도시된 바와 같이, 각각의 전극 부재(31a, 31b)는 이중 또는 삼중 코일 필라멘트(39a)(예컨대, 텅스텐)로 제조된다. 방출체(39b)가 필라멘트(39a) 상에 피복된다. 방출체(39b)는 단결정 또는 다정질 다이아몬드로 구성된다.
방전 가스가 전류의 방전을 용이하게 하도록 유리 튜브(30) 내로 충전된다. 방전 가스는 희유 가스(예컨대, Ar, Ne 또는 Xe) 또는 Ar, Ne 및 Xe, 극소량의 수은 그리고 수소 가스의 혼합물 희유 가스로 구성되고, 극소량의 산소 가스(11)가 전체 압력에 대한 산소 가스(11)의 분압비가 1％인 상태로 유리 튜브(30) 내로 충전된다.
전류가 예열을 수행하도록 전극 부재(31a, 31b)들 사이에 인가될 때, 전자가 방출체(39a)로부터 방출된다. 방출된 전자는 카운터 전극(양극)으로 이동되어, 방전이 개시된다. 정상적으로, 교류 전압이 방전을 개시하도록 전극 부재(31a, 31b)들 사이에 인가된다. 그렇다면, 전극 부재(31a, 31b)는 방출체 및 카운터 전극(양극)으로서 교대로 기능한다. 이러한 방전은 전자가 유리 튜브(30) 내로 충전된 수은 원자(10)에 대해 충돌되게 하거나 희유 가스 또는 혼합물 희유 가스의 원자에 대해 충돌되게 하여, 새로운 전자 및 새로운 희유 가스 이온을 발생시킨다. 또한, 새로운 전자 및 희유 가스도 수은 원자(10)에 대해 충돌된다. 충돌에 의해, 수은 원자(10)는 에너지가 제공되고 자외선(18)은 방출된다. 자외선(18)은 인(32)을 여기시켜, 인(32)에 따라 방출 색상(예컨대, 백색, 주광색 또는 청색)을 갖는 가시 광선(19)은 램프로부터 조사된다.
제3 실시예에 따른 열 음극 방전 램프에서 사용되는 열 음극을 제조하는 방법이 설명될 것이다. 코일 필라멘트(39a)의 표면 상으로의 다이아몬드 시드 이식이 우선 설명될 것이다.
다이아몬드 입자가 유기 용매 예컨대 알코올과 혼합되고, 최종의 용매는 필라멘트(39a)의 표면 상에 피복된다. 유기 용매와 혼합된 다이아몬드 입자의 입자 직경은 0.1 ㎛ 초과 그리고 1 ㎛ 미만이다. 용매를 피복하기 위해, 필라멘트(39a)는 다이아몬드 입자와 혼합된 유기 용매 내에 침지되고, 초음파 세척이 적용된다. 초음파 세척을 위한 처리 시간은 30분으로 설정된다. 초음파 세척을 수행함으로써, 다이아몬드 입자는 필라멘트(39a)의 표면에 균일하게 부착된다. 그 후, 필라멘트(39a)는 예컨대 질소 분위기에서 60분 동안 200℃의 온도로 가열되어, 필요에 따라 유기 용매 및 불순물을 제거한다.
다이아몬드 시드 이식이 적용된 필라멘트(39a)는 다이아몬드 부재가 필라멘트(39a)의 코일 전극의 표면 상에 형성되는 도3에 도시된 바와 같은 마이크로파 플라즈마 CVD 시스템 내에 배치된다.
현재까지 설명된 바와 같이, 제3 실시예에 따른 열 음극 방전 램프는 극소량의 산소 가스(11)가 방전 가스 내에 함유되므로 제1 실시예와 동일한 장점을 나타낼 수 있다.
도6a 및 도6b는 본 발명의 제4 실시예에 따른 방전 램프의 단면도이다. 도6a에 도시된 바와 같이, 이러한 방전 램프는 열 음극을 채용하고, 유리 튜브(110), 전극(115a, 115b), 전극 부재(111a, 111b), 리드 와이어(111c, 111d) 및 끼움부(114a, 114b)를 포함한다. 유리 튜브(110)는 투명하고 길고 협소하며, 내부면 상에 피복된 인(112)(예컨대, 칼슘-할포스페이트 인)을 갖는다. 전극(114a, 114b)은 각각 유리 튜브(110)의 양단부에 부착된다. 리드 와이어(111c)는 전극 부재(111a)를 지지하고, 전극 부재(111a)로 방전 램프의 외측에 제공된 끼움부(114a)를 전기적으로 연결한다. 마찬가지로, 리드 와이어(111d)는 전극 부재(111b)를 지지하고, 전극 부재(111b)로 방전 램프의 외측에 제공된 끼움부(114b)를 전기적으로 연결한다. 도6b에 도시된 바와 같이, 각각의 전극 부재(111a, 111b)는 이중 또는 삼중 코일 필라멘트(101a)(예컨대, 텅스텐)로 제조된다. 단결정 또는 다정질 다이아몬드로 구성된 다이아몬드 박막(방출체)(101b)이 필라멘트(101a) 상에 피복된다.
방전 가스(113)가 전류의 방전을 용이하게 하도록 유리 튜브(110) 내로 충전된다. 방전 가스(113)는 희유 가스(예컨대, Ar, Ne 또는 Xe) 또는 Ar, Ne 및 Xe, 극소량의 수은 그리고 수소 가스의 혼합물 희유 가스로 구성된다. 희유 가스 및 수은은 약 700 ㎩의 분압으로 유리 튜브(110) 내로 충전되고, 수소 가스는 약 7 ㎩의 분압으로 그 내로 충전된다. 나아가, 수소 흡수 합금 예컨대 마그네슘계 CeMg2합금으로 구성된 수소 흡수 합금 부재(116)가 유리 튜브(110) 내의 수소 가스의 분압을 유지하도록 유리 튜브(110) 내에 제공된다. 이러한 수소 흡수 합금 부재(116)는 펠릿이고, 유리 프릿에 의해 유리 튜브(110)의 내부벽과 합체된다.
전류가 예열을 수행하도록 전극 부재(111a, 111b)들 사이에 인가될 때, 전자가 고온 다이아몬드 박막(101a)으로부터 방출된다. 방출된 전자는 카운터 전극(양극)으로 이동되어, 방전이 개시된다. 정상적으로, 교류 전압이 방전을 개시하도록 전극 부재(111a, 111b)들 사이에 인가된다. 그렇다면, 전극 부재(111a, 111b)는 방출체 및 카운터 전극(양극)으로서 교대로 기능한다. 이러한 방전은 전자가 유리 튜브(110) 내로 충전된 수은 원자에 대해 충돌되게 하거나 희유 가스 또는 혼합물 희유 가스의 원자에 대해 충돌되게 하여, 새로운 전자 및 새로운 희유 가스 이온을 발생시킨다. 또한, 새로운 전자 및 희유 가스도 수은 원자에 대해 충돌된다. 충돌에 의해, 수은 원자는 에너지가 제공되고 자외선은 수은 원자로부터 방출된다. 자외선은 인(112)을 여기시켜, 인(112)에 따라 방출 색상(예컨대, 백색, 주광색 또는 청색)을 갖는 가시 광선이 램프로부터 조사된다.
제4 실시예에 따른 열 음극 방전 램프에서 사용되는 열 음극은 제3 실시예와 동일한 방법에 의해 제조된다. 본 실시예에 따르면, 다이아몬드 박막 형성 조건은 다음과 같다. 마이크로파 전력은 4 ㎾이고, 반응 가스 압력은 13.3 ㎪이고, 수소 가스 유속은 400 sccm이고, 메탄 가스 유속은 8 sccm이고, 재료 가스의 메탄 농도는 2％이고, 피막 형성 온도는 850℃이고, 피막 형성 시간은 120분이다. 이들 조건 하에서, 5 ㎛의 두께의 다정질 다이아몬드 박막(101b)은 필라멘트(101a)의 표면 상에 형성된다. 본 실시예에 따르면, 수소 가스 및 메탄 가스만 다이아몬드 박막(101b)을 형성하는 데 사용된다. 대신에, 다이아몬드 박막(101b)은 불순물로서 인, 질소 또는 황 등의 n-형 도펀트 또는 붕소 등의 p-형 도펀트를 도핑함으로써 형성될 수 있다. n-형 도펀트는 상세하게 설명될 것이다. 다이아몬드 박막(101b)을 형성하는 방법은 마이크로파 플라즈마 CVD 방법으로 제한되지 않는다. 다이아몬드 박막(101b)은 예컨대 전자 사이클로트론 공진 CVD(ECRCVD) 방법 또는 고주파 CVD 방법에 의해 형성될 수 있다.
수소 흡수 합금의 기능이 설명될 것이다. 다이아몬드가 캐리어 가스로서 수소 함유 가스를 사용하여 CVD에 의해 형성되면, 수소 분자가 다이아몬드 박막(10b)의 표면 상에서 정상적으로 차단된다. 이러한 수소 차단층은 다이아몬드 특성에 대해 큰 영향을 주고, 음 전자 친화도(NEA) 특성을 지시하는 데 중요한 역할을 한다. 이러한 NEA 특성은 열 전자가 낮은 온도에서 다이아몬드로부터 방출될 수 있게 한다.
그러나, 본 발명의 발명자의 연구에 따르면, 소정 시간의 경과 후, 유리 튜브 내의 수소 가스의 분압은 다양한 이유로 감소된다. 추가로, 램프가 장시간 동안 사용될 때 다이아몬드(방출체)의 전자 방출 효율이 악화되어, 램프의 방전 효율의 악화를 가져온다. 수소 가스의 분압을 감소시키는 이유는 유리 튜브 및 전극 부재의 간극 및 크랙 등의 결함부로부터의 튜브 내의 수소 가스의 누설을 포함하는것으로 고려된다.
제4 실시예에 따르면, 수소 흡수 합금 부재(116)는 유리 튜브(110) 내에 제공된다. 그러므로, 유리 튜브(110) 내의 수소 가스의 분압이 설명된 바와 같이 감소되면, 수소는 수소 흡수 합금 부재(116)로부터 해리되고 튜브(110) 내로 방출된다. 유리 튜브(110) 내의 수소 가스의 분압은 최적 수준으로 유지될 수 있다.
특히, 방전이 일어날 때, 유리 튜브(110)의 내부 온도가 상승된다. 유리 튜브(110)의 내부 온도는 수은의 여기에 크게 관련되고, 최적 온도는 수소 등의 방전 가스의 밀봉 압력에 의해 제시된다. 유리 튜브(110)의 내부 온도는 정상적으로 약 80℃로 유지된다. 그러나, 내부 온도는 방전 램프의 적용 분야에 따라 변한다. 제4 실시예에 따른 실험예에서, 유리 튜브(110)의 내부 온도는 80℃이다. CeMg2의 수소 해리 압력은 실온에서 상당히 낮다. 그러나, 유리 튜브(110)의 내부 온도의 상승에 뒤이어, 수소 해리 압력은 점차로 상승되어 80℃에서 약 7 ㎩에 도달된다. 즉, 방전 램프의 유리 튜브(110) 내의 수소 가스의 분압은 7 ㎩에서 유지된다. 이러한 상태에서, 수소 가스량이 유리 튜브(110) 내에서 감소되더라도, 수소가 해리 압력을 유지하도록 수소 흡수 합금 부재(116)로부터 방출된다.
도7은 본 발명의 제5 실시예에 따른 방전 램프의 단면도이다. 도6a에 도시된 구성 요소와 동일한 구성 요소는 각각 동일한 도면 부호에 의해 지시된다. 제5 실시예에 따른 방전 램프는 제4 실시예에 유사하게 열 음극을 사용하는 방전 램프이지만, 수소 흡수 합금 예컨대 마그네슘계 CeMg2합금으로 구성된 수소 흡수 합금피막(126a, 126b)이 유리 튜브(110)의 내부면 상에 제공된다는 점에서 제4 실시예에 따른 방전 램프로부터 상이하다. 수소 흡수 합금 피막(126a, 126b)은 각각 전극쌍(116a, 115b) 주위에 제공된다. 수소 흡수 합금 피막(126a, 126b)은 아르곤을 포함하는 CeMg2합금 등의 스퍼터링 타겟을 사용하여 감소된 압력(예컨대, 약 5 ㎩)에서 경사 스퍼터링을 수행함으로써 또는 CeMg2합금이 감소된 압력(예컨대, 약 10-6㎩)에서 놓인 상태로 경사 증발을 수행함으로써 형성될 수 있다.
유리 튜브(110) 내의 전극 부재(111a, 111b)들 사이의 방전 영역의 온도는 상당히 높다. 그러므로, 각각 전극 부재(126a, 126b)에 대해 유리 튜브(110)의 단부 부근의 위치에서 수소 흡수 합금 피막(126a, 126b)을 제공하는 것이 바람직하다. 대신에, 수소 흡수 합금 부재(126a, 126b)는 방전 영역의 온도 및 위치에 따라 유리 튜브(110)의 중심에 근접하게 놓일 수 있다.
제5 실시예에 따르면 수소 흡수 합금 피막(126a, 126b)은 유리 튜브(110) 내의 수소 가스의 분압이 제4 실시예에 유사하게 적절한 수준으로 유지될 수 있게 한다. 본 실시예에 따르면, 특히, 수소 흡수 합금은 수소 흡수 합금 피막(126a, 126b)으로서 형성되므로, 방전 램프의 표면의 온도 분포가 균일하다. 그러므로, 수소를 균일하게 방출하고 균일한 수소 분압 분포를 얻고 방전 램프의 방전 특성을 안정화하는 것이 가능하다.
도8은 본 발명의 제6 실시예에 따른 방전 램프의 단면도이다. 본 실시예에따른 방전 램프는 냉 음극을 사용하는 방전 램프이다. 방전 램프는 투명하고 길고 협소한 유리 튜브(130) 그리고 각각 유리 튜브(130)의 양단부로부터 유리 튜브(130) 내로 삽입되고 유리가 충전된 리드 와이어(134a, 134b)를 포함한다. 제4 실시예에 따른 인과 동일한 재료로 구성된 인(132)이 유리 튜브(130) 상에 피복된다. 니켈 등의 금속으로 구성된 음극 지지 부재(131a, 131b)가 각각 유리 튜브(130)의 내향으로 돌출되는 리드 와이어(134a, 134b)의 일부 내에 제공된다. 방출체로서 역할하는 다이아몬드 박막(133a, 133b)이 각각 음극 지지 부재(131a, 131b)의 표면 상에 형성된다. 다이아몬드 박막(133a, 133b) 및 음극 지지 부재(131a, 131b)는 각각 전극(음극)(135a, 135b)을 구성한다.
방전 가스(137)가 전류의 방전을 용이하게 하도록 유리 튜브(130) 내로 충전된다. 방전 가스(137)는 희유 가스(예컨대, Ar, Ne 또는 Xe) 또는 Ar, Ne 및 Xe, 극소량의 수은 그리고 수소 가스의 혼합물 희유 가스로 구성된다. 희유 가스 및 수은은 약 3.5 ㎪의 압력으로 유리 튜브(130) 내로 충전되고, 수소 가스는 약 35 ㎩의 압력으로 그 내로 충전된다. 나아가, 수소 흡수 합금 예컨대 Mg2Ni 합금으로 구성된 수소 흡수 합금 부재(116)가 유리 튜브(130) 내의 수소 가스의 분압을 유지하도록 유리 튜브(130) 내에 제공된다. 이러한 수소 흡수 합금 부재(136)는 펠릿이고, 유리 프릿에 의해 유리 튜브(130)의 내부벽과 합체된다.
유리 튜브(130)의 외향으로 돌출되는 리드 와이어(134a, 134b)는 예컨대 교류 전원에 연결된다. 전류가 리드 와이어(134a, 134b)들 사이에 인가될 때, 강력한 전기장이 다이아몬드 박막(133a, 133b)의 표면 상에 발생된다. 전기장은 잔여 전극이 신속하게 이동되게 하고 다이아몬드 박막(133a, 133b)의 표면으로부터 방출되게 한다. 나아가, 카운터 전극을 향해 견인되고 신속하게 이동되면서, 잔여 전극은 희유 가스 또는 혼합물 희유 가스에 대해 충돌된다. 충돌에 의해 배가된 음이온이 음극에 대해 충돌되고, 2차 전자가 음극으로부터 방출되어, 방전을 개시한다. 방전에 의해 유동되는 전자 및 이온은 수은 원자에 대해 충돌된다. 이들 충돌에 의해, 수은 원자는 에너지가 제공되고, 자외선이 수은 원자로부터 방출된다. 자외선은 인(132)을 여기시키고, 인(132)에 따라 방출 색상(예컨대, 백색, 주광색 또는 청색)을 갖는 가시 광선이 램프로부터 조사된다.
이러한 제6 실시예에 따르면, 제4 실시예에 유사하게, 수소 흡수 합금 즉 Mg2Ni 합금으로 구성된 수소 흡수 합금 부재(136)에는 유리 튜브(130)가 제공된다. 그러므로, 제6 실시예는 제4 실시예와 동일한 장점을 나타낸다.
전극(135a, 135b)을 제조하는 방법이 설명될 것이다. 몰리브덴으로 구성된 음극 지지 부재(131a, 131b)가 준비되고, 다이아몬드 시드 이식이 제1 실시예에 유사하게 음극지지 부재(131a, 131b)의 표면 상에 수행된다. 그 후, 다이아몬드 시드 이식이 적용된 음극 지지 부재(131a, 131b)는 다이아몬드 박막(133a, 133b)이 각각 음극 지지 부재(131a, 131b)의 표면 상에 형성되는 도3에 도시된 마이크로파 플라즈마 CVD 시스템 내로 이동된다. 다이아몬드 박막 형성 조건은 다음과 같다. 마이크로파 전력은 4 ㎾이고, 반응 가스 압력은 15 ㎪이고, 수소 가스 유속은 300sccm이고, 메탄 가스 유속은 6 sccm이고, 재료 가스의 메탄 농도는 2％이고, 피막 형성 온도는 800℃이고, 피막 형성 시간은 120분이다. 이들 조건 하에서, 4 ㎛ 두께의 다정질 다이아몬드 박막(133a, 133b)이 형성된다.
본 실시예에 따르면, 수소 가스 및 메탄 가스만 다이아몬드 박막(133a, 133b)을 형성하는 데 사용된다. 대신에, 다이아몬드 박막(133a, 133b)은 불순물을 도핑함으로써 형성될 수 있다. 추가로, 다이아몬드 박막(133a, 133b)을 형성하는 방법은 마이크로파 플라즈마 CVD 방법 대신에 ECRCVD 방법 또는 고주파 CVD 방법일 수 있다.
도9는 본 발명의 제7 실시예에 따른 방전 램프의 단면도이다. 도8에 도시된 구성 요소와 동일한 구성 요소는 각각 동일한 도면 부호에 의해 지시된다. 제7 실시예에 따른 방전 램프는 제6 실시예에 유사하게 냉 음극을 사용하는 방전 램프이지만, 수소 흡수 합금 예컨대 Mg2Ni 합금으로 구성된 수소 흡수 합금 피막(146a, 146b)이 유리 튜브(130)의 내부면 상에 제공된다는 점에서 제6 실시예에 따른 방전 램프로부터 상이하다. 수소 흡수 합금 피막(146a, 146b)의 배열 그리고 수소 흡수 합금 피막(146a, 146b)의 사용에 의해 달성되는 장점은 제5 실시예와 동일하다.
본 발명의 제8 실시예로서, 다이아몬드 박막에 n-형 도펀트를 도핑하는 일 예가 설명될 것이다. 도10은 제8 실시예의 원리를 설명하고 n-형 도펀트가 도핑된 다이아몬드를 도시하는 에너지 밴드 다이어그램이다. 다이아몬드는 NEA를 갖는 것으로 알려져 있다. 즉, 다이아몬드의 전도대(Ec)의 저부가 진공 수준(Evac)보다낮은 위치에 존재한다. 전자 친화도는 진공 내로 전도대의 저부에 존재하는 전자를 이동시키는 데 필요한 에너지이다. 전자 친화도가 음이면, 이는 전자가 방출되는 경향이 증가되는 것을 의미한다.
그러나, n-형 다이아몬드의 저항이 실온에서 상당히 높다. 이는 전자를 제공하는 도우너의 수준과 전도대(Ec)의 저부 사이의 에너지 차이(Ed)가 실리콘(Si) 등의 통상의 반도체보다 약 10배이고 전자가 실온에서 전도대 내에 거의 존재하지 않기 때문이다.
n-형 다이아몬드가 방출체로서 채용되면 방전 램프가 충분히 우수한 전자 방출 특성을 나타내는 것으로 밝혀져 있다. 제8 실시예에서, 방출체로서 n-형 다이아몬드를 채용함으로써 우수한 발광 특성을 나타내는 방전 램프가 설명될 것이다.
n-형 다이아몬드가 가열될 때, 전자가 전도대까지 상승되고 전자는 NEA 특성을 사용하여 방출될 수 있다. 즉, NEA 특성을 갖는 다이아몬드에서, 전도대 내에 존재하는 전자가 진공 내로 방출되는 것을 방지할 수 있는 장벽이 존재하지 않는다. 그러므로, 결국, 전자를 방출하는 데 필요한 에너지는 전술된 Ed의 순서이다. NEA 특성을 나타내지 않는 통상의 방출체에서, 진공 수준(Evac)은 전도대(Ec)의 저부보다 높은 위치에 있고, 진공 내로 전자를 방출하는 데 필요한 에너지는 일함수에 가깝다. 에너지 차이(Ed)는 다이아몬드가 인으로써 도핑될 때 약 0.6 eV이다. 일함수는 종종 열전자 방출기에서 사용되는 BaO에 대해 1.1 eV이다. Ed 또는 일함수는 열전자 방출에 지수적으로 영향을 주므로, n-형 다이아몬드는 낮은 온도에서 열전자를 방출할 수 있다. 따라서, 낮은 온도에서의 균일한 열전자 방출이 열 음극으로서 n-형 다이아몬드를 사용하여 형광 램프 등의 방전 램프에서 구현될 수 있다. 이와 같이, 발광 특성이 우수하고 긴 수명이 보증되는 열 음극 방전 램프가 제공된다.
나아가, 일함수는 표면 상태의 영향에 상당히 민감하고, 제조 공정, 분위기 등에 의해 크게 영향을 받는다. 그러므로, 전자 방출 표면 내의 균일한 열전자 방출이 NEA 특성을 나타내지 않는 통상의 방출체를 사용하는 방전 램프에서 기대하기 어렵다. 일함수는 열전자 방출에 대해 지수적으로 영향을 주므로, 열전자 방출 표면 내의 열전자 방출의 불균일은 증가되는 경향이 있다. NEA 특성을 갖는 다이아몬드에서, 대조적으로, NEA는 전자 친화도가 음이면 NEA가 약간 변동되더라도 열전자 방출에 영향을 주지 않는다. 이는 도우너 수준과 열전자 방출을 결정하는 전도대(Ec)의 저부 사이의 에너지 차이(Ed)이다. 에너지 차이(Ed)는 표면 특성뿐만 아니라 도펀트에 의해 결정되는 벌크의 특성에 대응한다. 그러므로, n-형 도펀트를 사용함으로써, 전자 방출 표면 내의 균일한 열전자 방출이 기대된다. 게다가, 다이아몬드는 최고 열전도도를 갖는 물질이다. 이로 인해, 다이아몬드가 주울열, 이온 및 전자의 내부 유동 또는 충격에 의해 가열되더라도, 열이 주위로 신속하게 전도되어, 온도를 균일하게 한다. 충분한 효과가 n-형 도펀트를 사용함으로써 달성될 수 있지만, 효과는 균일한 연속 피막이 n-형 다이아몬드에 의해 형성될 때보다 크다.
제8 실시예에 따른 열 음극 및 방전 램프를 제조하는 방법의 일 예가 설명될 것이다. 30 ㎛ 직경의 텅스텐 와이어 코일에 의해 형성된 필라멘트가 준비된다.이러한 필라멘트 처리는 제4 실시예와 동일하다. 약 5 ㎛ 두께의 다정질 다이아몬드층이 예컨대 마이크로파 플라즈마 CVD 방법에 의해 이러한 필라멘트 상에 형성된다. 다정질 다이아몬드층 성장 조건은 다음과 같다. 마이크로파 전력은 4 ㎾이고, 수소 가스 유속은 200 sccm이고, 메탄 가스 유속은 4 sccm이고, 재료 가스의 메탄 농도는 2％이다. 추가로, 재료 가스 압력은 13.3 ㎪이고, 피막 형성 온도는 850℃이고, 피막 형성 시간은 120분이다. 이들 조건 하에서, 인이 n-형 도펀트로서 사용되고, 포스핀 가스도 다이아몬드의 성장 중 공급된다. 메탄 가스에 대한 포스핀 가스의 비율이 1000 ppm으로 설정된다.
그 후, 리드 와이어가 필라멘트를 지지하도록 필라멘트에 제공되고, 끼움부가 리드 와이어에 부착되고, 최종의 필라멘트는 유리 튜브에 부착되고, 방전 가스가 유리 튜브 내로 충전된다. 방전 램프는 이처럼 완성된다.
제8 실시예는 방전 튜브 내에 수소 흡수 합금으로 구성된 부재를 제공함으로써 제4 실시예와 동일한 장점을 나타낼 수 있다.
도11은 본 발명의 제9 실시예에 따른 방전 램프 내의 음극의 단면도이다. 도11에 도시된 바와 같이, 수소 흡수 합금 예컨대 Mg2Ni로 구성되고 0.5 ㎛의 두께를 갖는 수소 흡수 합금 피막(82)이 니켈 등의 금속으로 구성된 음극 지지 부재(81)의 표면 상에 형성된다. 다정질 다이아몬드로 구성되고 2 ㎛의 두께를 갖는 다이아몬드층(83)이 수소 흡수 합금 피막(82)의 표면 상에 형성된다. 이러한 다이아몬드층(83)은 0.2 ㎛의 평균 입자 직경의 결정 입자로 구성되고, 다이아몬드층(83) 내에 존재하는 입계(84)는 수소 흡수 합금 피막(82)의 표면으로부터 외측[다이아몬드층(83)의 표면 즉 방전 램프의 방전 공간]까지의 범위에 있다.
이러한 음극은 방전 램프의 음극으로서 사용된다. 그렇다면, 방전 튜브 내의 수소 가스의 분압이 감소될 때, 수소는 수소 흡수 합금 피막(82)으로부터 해리되고, 해리된 수소는 다정질 다이아몬드로 구성된 다이아몬드층(83) 내의 입계(84)를 통해 방전 램프의 방전 공간 내로 방출된다. 이와 같이, 수소 가스의 분압은 최적 수준으로 유지될 수 있다.
제9 실시예에 따른 음극이 예컨대 제7 실시예에 따른 음극[수소 흡수 합금 부재(136)가 없음]으로서 사용되면, Mg2Ni 합금의 수소 해리 압력은 유리 튜브(130)의 내부 압력의 상승에 뒤이어 점차로 상승되고, 80℃에서 약 35 ㎩에 도달된다. 해리된 수소는 다이아몬드층(83) 내의 입계(84)를 통해 수소 흡수 합금 피막(82)으로부터 방출되어, 35 ㎩에서 방전 램프의 튜브 내의 수소 가스의 분압을 유지한다. 이러한 상태에서, 수소 가스량이 유리 튜브(130) 내에서 감소되더라도, 수소가 해리 압력을 유지하도록 수소 흡수 합금 부재로부터 방출된다.
제9 실시예에 따라 음극을 제조하는 방법의 일 예가 설명될 것이다. 몰리브덴으로 구성된 음극 지지 부재(81)가 준비되고, 수소 흡수 합금 피막(82)은 음극 지지 부재(81)의 표면 상에 형성된다. 수소 흡수 합금 피막(82)은 설명된 바와 같은 경사 스퍼터링 또는 경사 증발에 의해 형성될 수 있다. 다이아몬드 시드 이식이 수소 흡수 합금 피막(82) 상에 수행된다. 이러한 다이아몬드 시드 이식은 제4실시예에 유사하게 수행된다. 다이아몬드 시드 이식이 적용된 수소 흡수 합금 피막(82)을 포함하는 음극 지지 부재(81)는 도3에 도시된 마이크로파 플라즈마 CVD 시스템 내로 이동된다. 마이크로파 플라즈마 CVD 시스템에서, 단결정 다이아몬드로 구성된 다이아몬드층(83)은 수소 흡수 합금 피막(82)의 표면 상에 형성된다. 박막 형성 조건은 다음과 같다. 마이크로파 전력은 2 ㎾이고, 재료 가스 압력은 10 ㎪이고, 수소 가스 유속은 300 sccm이고, 메탄 가스 유속은 6 sccm이고, 재료 가스의 메탄 농도는 2％이고, 피막 형성 온도는 750 ℃이고, 피막 형성 시간은 150분이다. 이들 조건 하에서, 2 ㎛의 두께를 갖고 0.2 ㎛의 평균 직경의 결정 입자로 구성된 다정질 다이아몬드층(83)이 형성된다.
이러한 예에서, 수소 가스 및 메탄 가스만 다정질 다이아몬드층(83)을 형성하는 데 사용된다. 대신에, 다정질 다이아몬드층(83)은 불순물을 도핑함으로써 형성될 수 있다. 추가로, 다정질 다이아몬드층(83)은 마이크로파 플라즈마 CVD 방법 대신에 ECRCVD 방법 또는 고주파 CVD 방법에 의해 형성될 수 있다.
다정질 다이아몬드층(83) 내에 존재하는 입계(84)를 통한 수소의 방출을 보증하기 위해, 다정질 다이아몬드층(83)은 바람직하게는 1 ㎛ 이상 및 5 ㎛ 이하의 두께 그리고 0.1 ㎛ 이상 및 0.5 ㎛ 이하의 평균 입자 직경을 갖는다.
나아가, 도11에 도시된 음극은 열 음극에 적용될 수 있다. 그러나, 구체적으로 다음의 이유로 냉 음극(외부 전극 방전 램프의 음극을 포함)에 도11에 도시된 음극을 적용하는 것이 바람직하다. 음극이 열 음극으로서 사용되고 수소 흡수 합금이 필라멘트 등에 의해 극심하게 가열되면, 수소 흡수 합금의 해리 압력은 방전램프의 적용 분야, 이용 조건 등에 따라 급격하게 상승된다. 이는 종종 방전 램프의 방전 특성의 악화 즉 방전 램프의 성능의 악화를 가져온다. 나아가, 수소 흡수 합금의 해리 압력이 급격하게 상승되면, 수소 흡수 합금의 수소 흡수 특성이 종종 악화되고, 방전 램프의 공차가 종종 악화된다.
도12는 제10 실시예에 따른 방전 램프에서 사용되는 음극의 단면도이다. 도12에 도시된 바와 같이, 수소 흡수 합금 예컨대 Mg2Ni로 구성되고 0.5 ㎛의 두께를 갖는 수소 흡수 합금 피막(92)이 니켈 등의 금속으로 구성된 음극 지지 부재(91)의 표면 상에 형성된다. 2 ㎛의 두께의 다이아몬드층(93)이 수소 흡수 합금 피막(92)의 표면 상에 형성된다. 다이아몬드층(93)은 소정 패턴(예컨대, 스트라이프 패턴 또는 섬형 패턴)을 갖고, 수소 흡수 합금 피막((2)은 패턴 균일부(94)로부터 노출된다. 다이아몬드층(93)은 0.2 ㎛의 평균 입자 직경의 결정 입자로 구성되고, 다이아몬드층(93) 내에 존재하는 입계가 수소 흡수 합금 피막(92)으로부터 외측(방전 램프의 방전 공간)의 범위에 있다.
방전 튜브 내의 수소 가스의 분압이 감소될 때, 수소가 수소 흡수 피막(92)으로부터 해리되고, 해리된 수소는 패턴 균일부(94)뿐만 아니라 다이아몬드층 내의 입계를 통해 방전 램프의 방전 공간 내로 방출된다. 수소 가스의 분압은 적절한 수준으로 유지될 수 있다.
그러므로, 제10 실시예에 따른 음극은 제9 실시예와 동일한 기능 및 장점을 나타낼 수 있다. 제10 실시예에 따른 음극을 제조하는 방법이 다이아몬드층(93)이단결정 다이아몬드로 구성되고 공지된 사진 및 식각 기술에 의해 소정 패턴으로 처리된다는 점을 제외하면 제9 실시예에서 설명된 방법의 예와 동일하다. 식각 가스로서, CF4및 O2의 혼합물 가스가 사용된다. 다이아몬드층(93)의 패턴 및 패턴 균일부(94)는 이처럼 형성된다.
제10 실시예에 따르면, 수소 가스 및 메탄 가스만 다정질 다이아몬드층(83)을 형성하는 데 사용된다. 대신에, 다이아몬드층(83)은 제4 실시예에 유사하게 다정질 다이아몬드층(83)에 불순물을 도핑함으로써 형성될 수 있다. 추가로, 다정질 다이아몬드층(83)은 마이크로파 플라즈마 CVD 방법 대신에 ECRCVD 방법 또는 고주파 CVD 방법 등의 다른 방법에 의해 형성될 수 있다.
다정질 다이아몬드층이 다이아몬드층(93)으로서 사용되면, 제9 실시예에 따른 방법은 다이아몬드 박막 형성 방법으로서 사용될 수 있다. 그렇다면, 다이아몬드층(93) 내의 입계를 통한 수소의 방출을 보증하기 위해, 다이아몬드층(93)은 바람직하게는 1 ㎛ 이상 및 5 ㎛ 이하의 두께 그리고 0.1 ㎛ 이상 및 0.5 ㎛ 이하의 평균 입자 직경을 갖는다.
나아가, 도12에 도시된 음극은 열 음극에 적용될 수 있다. 그러나, 구체적으로 제9 실시예와 동일한 이유로 냉 음극(외부 전극 방전 램프의 음극을 포함)에 도12에 도시된 음극을 적용하는 것이 바람직하다.
도13은 본 발명의 제11 실시예에 따른 외부 전극 방전 램프의 단면도이다. 이러한 외부 전극 방전 램프는 방전 튜브의 외부면 상에 제공된 전극을 갖는다.전극들 사이에 전압을 인가함으로써, 방전이 방전 튜브 내에 유도되어 발광한다.
도13에 도시된 바와 같이, 제11 실시예에 따른 방전 램프는 유리 튜브(150), 유리 튜브(150)의 내부면 상에 형성되고 자외선이 조사될 때 가시 광선을 발생시키는 인(152), 각각 유리 튜브(150)의 양단부의 내부면에 부착된 원통형 다이아몬드층의 쌍(153a, 153b) 그리고 각각 다이아몬드층의 쌍(154a, 154b)에 대해 유리 튜브(150)를 통해 유리 튜브(150)의 양단부의 외부면에 부착된 외부 전극쌍(151a, 151b)을 포함한다. 외부 전극쌍(151a, 151b)은 예컨대 텅스텐(W) 또는 몰리브덴(Mo)으로 구성된다.
방전 가스(157)가 유리 튜브(150)의 내부 내로 충전된다. 방전 가스(157)는 희유 가스(예컨대, Ar, Ne 또는 Xe) 또는 Ar, Ne 및 Xe, 극소량의 수은 그리고 수소 가스의 혼합물 희유 가스로 구성된다. 추가로, 수소 흡수 합금 피막(156a, 156b)이 적절한 수준으로 유리 튜브(150) 내의 수소 가스의 분압을 유지하도록 각각 유리 튜브(150)의 양단부의 내부면 상에 제공된다.
유리 튜브(150) 내의 다이아몬드층(153a, 153b)들 사이의 방전 영역의 온도가 현저하게 높다. 그러므로, 각각 다이아몬드층(153a, 153b)에 대한 유리 튜브(150)의 단부 부근의 위치에 수소 흡수 합금 피막(156a, 156b)을 제공하는 것이 바람직하다. 대신에, 수소 흡수 합금 부재(156a, 156b)는 방전 영역의 온도, 위치 등에 따라 유리 튜브(150)의 중심에 근접하여 놓일 수 있다.
이러한 외부 전극 방전 램프의 작동이 설명될 것이다. 방전을 개시하기 위해, 40 ㎑의 주파수를 갖는 1,000 V의 고주파 전압이 외부 전극쌍(151a, 151b)들사이에 인가된다. 다이아몬드층(153a)(또는 153b)으로부터 전자를 방출하고 방전을 개시하는 단계는 제4 실시예에 따른 방전 램프와 동일하다. 추가로, 수소 흡수 합금 피막(156a, 156b)의 기능 및 장점은 제4 실시예와 동일하다. 이러한 기구로써, 방전은 단속적으로 일어나고, 인(152)은 방전에 의해 발생된 자외선에 의해 여기되어, 발광한다.
외부 전극 방전 램프에서, 외부 전극(151a, 151b)은 방전 공간에 노출되지 않는다. 이로 인해, 외부 전극(151a, 151b)의 소모를 억제하도록 유리 튜브(150) 내에 수은을 담을 필요가 없다. 그러므로, 수소 가스 및 희유 가스만 유리 튜브(150) 내로 충전되는 가스로서 사용될 수 있다.
이러한 외부 전극 방전 램프를 제조하는 방법의 일 예가 설명될 것이다. 유리 튜브(150)가 준비되고, 마스크 등이 다이아몬드층(153a, 153b)이 형성되지 않은 유리 튜브(150)의 내부면 상의 일부 내에 형성된다. 다이아몬드 시트 이식은 제4 실시예에 유사하게 다이아몬드층(153a, 153b)이 형성되는 유리 튜브(150)의 내부면 상의 일부[유리 튜브(150)의 양단부의 내부면 상의 원통형 영역] 상에서 수행된다. 마스크 등을 제거한 후, 마이크로파 CVD 방법 등의 피막 형성 방법은 각각의 선행 실시예에 유사하게 사용되어, 다이아몬드층(153a, 153b)은 다이아몬드 시트 이식이 적용된 유리 튜브(150)의 내부면 상의 일부 내에 선택적으로 형성된다. 이러한 피막 형성 단계의 결과로서, 원통형 다이아몬드층(153a, 153b)은 유리 튜브(150)의 양단부의 내부면 상에만 형성된다. 다이아몬드층(153a, 153b)은 전도성이 아니므로, p-형 도펀트 또는 n-형 도펀트로써 다이아몬드층(153a, 153b)을 도핑할 필요가없다.
수소 흡수 합금 피막(156a, 156b)은 각각 다이아몬드층(153a, 153b)에 대해 유리 튜브(150)의 단부 부근의 위치에 형성된다. 인(26)은 유리 튜브(150)의 내부면 상에 피복 및 형성된다. 인(152)은 마스크 등을 사용함으로써 다이아몬드층(153a, 153b)이 제공되는 유리 튜브(150)의 양단부의 내부면 상에 형성되지 않는다.
방전 가스는 유리 튜브(150) 내로 충전되고, 유리 튜브(150)는 유리 튜브(150)의 양단부 상에 제공된 밀봉부에 의해 밀봉된다. 예컨대, 750℃의 온도로 유리 튜브(150)의 양단부 상의 밀봉부를 열처리함으로써, 밀봉부는 연화 및 유동화되어, 유리 튜브(150)는 밀봉될 수 있다. 최종적으로, 외부 전극(151a, 151b)은 유리 튜브(150)의 외부면의 양단부 상에 형성된다. 제11 실시예에 따른 방전 램프는 이처럼 완성된다.
실시예에 따르면, 수소 흡수 합금의 형태는 CeMg2합금 및 Mg2Ni 합금으로 제한되지 않는다. 방전 튜브 내에서 수소 가스의 분압에 대한 요건을 충족시키는 특성을 갖는 임의의 수소 흡수 합금이 사용될 수 있다. 수소 흡수 합금 부재의 형상은 펠릿 또는 피막 이외에 판, 로드, 바늘 등일 수 있다. 수소 흡수 합금을 포함하는 부재는 수소 흡수 합금만으로 구성된 부재 또는 수소 흡수 합금만으로 구성된 부재 그리고 수소 흡수 합금 이외의 재료로 구성된 부재의 조합일 수 있다. 다른 재료로 구성된 부재는 예컨대 방전 튜브의 내부벽에 수소 흡수 합금 부재를 고정하는 부재 또는 인의 구성 부재이다.
현재까지 설명된 실시예에서, 방전 램프의 외피는 유리 튜브로 제한되지 않을 뿐만 아니라 방전 램프가 외피 내에서 전류를 방전할 수 있게 하고 내측으로부터 외측으로 광선을 추출할 수 있는 외피일 수 있다. 방전 램프의 외피의 형상은 튜브뿐만 아니라 평탄판, 곡면판 등일 수도 있다. 전극 재료는 텅스텐 또는 몰리브덴으로 제한되지 않을 뿐만 아니라 탄탈 등의 다른 재료일 수도 있다. 전극의 형상은 전술된 형상 외에도 예컨대 로드 또는 라인일 수 있다.
외부 전극 방전 램프에서, 인 및 각각의 다이아몬드 부재는 예컨대 형광 피막 상에 중첩되도록 제공될 수 있다. 즉, 형광 피막은 외피의 내부면 상에 제공될 수 있고, 다이아몬드 부재는 형광 피막 상에 제공될 수 있다.
추가의 장점 및 변형예가 당업자에게 용이하게 일어날 것이다. 그러므로, 본 발명은 도시되고 여기에서 설명된 특정 세부 사항 및 대표 실시예에 제한되지 않는다. 따라서, 다양한 변형예가 첨부된 특허청구범위 및 이들의 등가물에 의해 한정된 바와 같은 본 발명의 기술적 사상 및 범주로부터 벗어나지 않고 수행될 수 있다.
본 발명에 따르면, 전술된 종래 기술의 문제점을 해결하는 열 음극 또는 냉 음극을 사용하는 방전 램프가 제공된다.

Claims (23)

  1. 방전 가스가 충전된 외피와,
    외피의 내부면 상에 제공된 형광 피막과,
    외피 내에 제공되고, 전기 방전이 외피 내에서 일어나게 하는 전극과,
    각각의 전극의 표면 상에 제공된 다이아몬드 부재를 포함하며,
    산소가 0.002％ 이상 그리고 12.5％ 이하의 비율로 방전 가스 내에 함유되는 방전 램프.
  2. 제1항에 있어서, 산소는 다이아몬드 부재의 표면으로의 다이아몬드가 아닌 성분을 함유하는 탄소층의 부착을 억제하는 방전 램프.
  3. 제1항에 있어서, 상기 다이아몬드 부재는 각각의 전극의 표면의 적어도 일부를 덮는 다이아몬드 피막인 방전 램프.
  4. 제1항에 있어서, 상기 다이아몬드 부재는 도우너 불순물을 함유하는 다이아몬드를 포함하는 방전 램프.
  5. 제1항에 있어서, 상기 방전 가스는 2000 ㎚ 이하의 주 발광 피크를 갖는 원소를 함유하는 방전 램프.
  6. 제1항에 있어서, 상기 방전 가스는 희유 가스 및 수은을 함유하는 방전 램프.
  7. 제1항에 있어서, 상기 방전 가스는 크세논을 함유하는 방전 램프.
  8. 제1항에 있어서, 상기 방전 가스는 수소 가스를 함유하는 방전 램프.
  9. 방전 가스가 충전된 외피와,
    외피의 내부면 상에 제공된 형광 피막과,
    외피의 외부면 상에 제공되고, 전기 방전이 외피 내에서 일어나게 하는 전극과,
    각각의 전극에 대향되도록 외피의 내부면 상에 제공된 다이아몬드 부재를 포함하며,
    산소가 0.002％ 이상 그리고 12.5％ 이하의 비율로 방전 가스 내에 함유되는 방전 램프.
  10. 제9항에 있어서, 상기 다이아몬드 부재는 각각의 전극의 표면의 적어도 일부를 덮는 다이아몬드 피막인 방전 램프.
  11. 제9항에 있어서, 상기 방전 가스는 2000 ㎚ 이하의 주 발광 피크를 갖는 원소를 함유하는 방전 램프.
  12. 제9항에 있어서, 상기 방전 가스는 희유 가스 및 수은을 함유하는 방전 램프.
  13. 제9항에 있어서, 상기 방전 가스는 크세논을 함유하는 방전 램프.
  14. 제9항에 있어서, 상기 방전 가스는 수소 가스를 함유하는 방전 램프.
  15. 방전 가스가 충전된 외피와,
    외피의 내부면 상에 제공된 형광 피막과,
    외피 내에 제공되고, 전기 방전이 외피 내에서 일어나게 하는 전극과,
    각각의 전극의 표면 상에 제공된 다이아몬드 부재와,
    수소 흡수 합금을 포함하고, 외피 내에 제공되는 부재를 포함하는 방전 램프.
  16. 제15항에 있어서, 상기 방전 가스는 수소 가스를 함유하는 방전 램프.
  17. 제15항에 있어서, 상기 수소 흡수 합금을 포함하는 부재는 다이아몬드 부재주위에 제공되는 방전 램프.
  18. 제15항에 있어서, 상기 수소 흡수 합금을 포함하는 부재는 외피의 내부면 상에 제공된 피막인 방전 램프.
  19. 제15항에 있어서, 상기 수소 흡수 합금을 포함하는 부재는 다이아몬드 부재와 각각의 전극 사이에 제공되는 방전 램프.
  20. 제19항에 있어서, 상기 다이아몬드 부재는 수소 흡수 합금을 포함하는 부재의 표면의 일부를 덮고, 표면의 다른 부분을 노출시키는 방전 램프.
  21. 제15항에 있어서, 상기 수소 흡수 합금을 포함하는 부재는 다정질 결정 상태를 갖는 방전 램프.
  22. 방전 가스가 충전된 외피와,
    외피의 내부면 상에 제공된 형광 피막과,
    외피의 외부면 상에 제공되고, 전기 방전이 외피 내에서 일어나게 하는 전극과,
    각각의 전극에 대향되도록 외피의 내부면 상에 제공된 다이아몬드 부재와,
    수소 흡수 합금을 포함하고, 외피 내에 제공되는 부재를 포함하는 방전 램프.
  23. 제22항에 있어서, 상기 방전 가스는 수소 가스를 함유하는 방전 램프.
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Families Citing this family (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005294045A (ja) * 2004-03-31 2005-10-20 Toshiba Corp 冷陰極および冷陰極放電灯
JP3889411B2 (ja) * 2004-05-31 2007-03-07 株式会社東芝 放電灯及び放電電極
KR100637070B1 (ko) * 2004-09-10 2006-10-23 삼성코닝 주식회사 면광원유닛 및 면광원유닛을 가지는 액정표시장치
US7556783B2 (en) * 2004-10-29 2009-07-07 James A. Patterson Hydrogen isotope fuel cell
JP4711668B2 (ja) * 2004-12-03 2011-06-29 篠田プラズマ株式会社 ガス放電管の製造方法及び表示装置
CN101438380B (zh) * 2004-12-21 2010-11-17 S.A.E.S.盖特斯股份有限公司 低压汞蒸气放电灯
KR101157289B1 (ko) * 2005-06-30 2012-06-15 엘지디스플레이 주식회사 백라이트 어셈블리 및 이를 갖는 액정표시장치
US7948180B2 (en) * 2005-07-08 2011-05-24 Panasonic Corporation Plasma display panel and plasma display panel device with reduced driving voltage
JP4287416B2 (ja) * 2005-08-03 2009-07-01 株式会社東芝 電子放出装置
JP4047880B2 (ja) * 2005-08-24 2008-02-13 株式会社東芝 放電灯用冷陰極、冷陰極放電灯及び放電灯用冷陰極の製造方法
JP4176760B2 (ja) * 2005-11-04 2008-11-05 株式会社東芝 放電発光デバイス
TWI406319B (zh) * 2008-06-30 2013-08-21 Delta Electronics Inc 冷陰極螢光燈及其製造方法
TR201910676T4 (tr) * 2008-07-18 2019-08-21 Neogi Jayant Değerli taşlar üzerinde nanokristal elmas kaplamaların üretilmesine yönelik yöntem.
JP4591583B2 (ja) * 2008-09-10 2010-12-01 ウシオ電機株式会社 放電ランプ
JP4927890B2 (ja) * 2009-01-13 2012-05-09 オスラム・メルコ株式会社 蛍光ランプ及び照明器具
US8334973B2 (en) * 2009-03-18 2012-12-18 Steiner Enterprises, Inc. Optical emission spectroscopy device
JP5526724B2 (ja) * 2009-11-17 2014-06-18 ウシオ電機株式会社 放電ランプ
TWI500068B (zh) * 2010-10-26 2015-09-11 Ushio Electric Inc Long arc discharge lamp, and light irradiation device
US8376588B2 (en) * 2010-11-22 2013-02-19 Hsu Li Yen Gain structure of LED tubular lamp for uniforming light and dissipating heat

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4023059A (en) * 1972-06-05 1977-05-10 Scott Anderson High pressure light emitting electric discharge device
NL7315641A (nl) * 1973-11-15 1975-05-20 Philips Nv Hogedrukgasontladingslamp.
NL7611137A (nl) * 1976-10-08 1978-04-11 Philips Nv Hogedrukontladingslamp.
NL183069C (nl) * 1979-04-26 1988-07-01 Mitsubishi Electric Corp Metaaldampontladingslamp.
JP2980328B2 (ja) * 1989-09-29 1999-11-22 株式会社東芝 電池用水素吸蔵合金、その製造方法及びニッケル水素二次電池
US5395403A (en) * 1992-06-30 1995-03-07 Sanyo Electric Co., Ltd. Hydrogen-absorbing alloy electrode and manufacturing method therefor
DE4342941C1 (de) * 1993-12-16 1995-07-06 Forschungszentrum Juelich Gmbh Wasserstoffgasentladungslampe
US5662729A (en) * 1994-10-04 1997-09-02 Sanyo Electric Co., Ltd. Shaped body of hydrogen absorbing alloy and container packed with hydrogen absorbing alloy
JP3390135B2 (ja) * 1998-03-24 2003-03-24 カシオ計算機株式会社 電子放出性電極、電子放出性電極の製造方法、並びに冷陰極蛍光管
US6281626B1 (en) * 1998-03-24 2001-08-28 Casio Computer Co., Ltd. Cold emission electrode method of manufacturing the same and display device using the same
US6515433B1 (en) * 1999-09-11 2003-02-04 Coollite International Holding Limited Gas discharge fluorescent device
JP3425929B2 (ja) * 2000-07-04 2003-07-14 エヌイーシーマイクロ波管株式会社 高圧放電灯およびその製造方法
JP3833489B2 (ja) * 2001-03-29 2006-10-11 株式会社東芝 冷陰極放電装置
JP3637301B2 (ja) * 2001-10-22 2005-04-13 株式会社東芝 バリア型冷陰極放電灯
JP3935414B2 (ja) * 2002-09-26 2007-06-20 株式会社東芝 放電灯
JP4112449B2 (ja) * 2003-07-28 2008-07-02 株式会社東芝 放電電極及び放電灯

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Publication number Publication date
US20050017644A1 (en) 2005-01-27
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