KR20050074518A

KR20050074518A - 적외의 방사선을 이용하여 광 장치 부품 어셈블리를 솔더유리 프리폼으로 밀봉하는 방법

Info

Publication number: KR20050074518A
Application number: KR1020057007723A
Authority: KR
Inventors: 조셉 이 커네일; 윌리엄 엘 해인즈; 스테펜 엘 쿠취; 클레이톤 엘 2 투틀
Original assignee: 코닝 인코포레이티드
Priority date: 2002-10-31
Filing date: 2003-10-22
Publication date: 2005-07-18
Also published as: CN1726576A; US7040121B2; TWI256379B; WO2004042765A3; US20040083760A1; WO2004042765A2; TW200417525A; JP2006505112A

Abstract

개시된 것은 유리 램프 싸개에 전기적 광 장치를 위한 부품 어셈블리를 밀봉 및 고착하는 방법이다. 상기 공정에서 사용된 어셈블리는 전극 납 전선 및 솔더 유리 프리폼과 같은 부품을 포함한다. 예를 들어, 상기 공정은 전극 납 전선 및 배기 관상부와 같은 램프 부품들을 이미 적용된 인광체 코팅을 갖는 저압 형광 방전 램프 싸개에 용접하여 밀봉 및 고착하는데 유용하다. 본 발명은 30~45×10^-7℃^-1의 범위에 있는 0에서 300℃까지의 CTE를 갖는 보로실리케이트 유리로 만들어진 유리 싸개에 특히 적합하다.

Description

적외의 방사선을 이용하여 광 장치 부품 어셈블리를 솔더 유리 프리폼으로 밀봉하는 방법 {Sealing lighting device component assembly with solder glass preform by using infrared radiation}

본 발명은 적외의 방사선을 사용하여 전기적 광 장치의 유리 싸개(envelope)에 부품 어셈블리를 밀봉 및 고착하는 공정에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 솔더 유리 프리폼 및 상기 램프 부품을 포함하는 부품 어셈블리를 적외의 방사선을 사용하여 밀봉 및 고착하는 공정에 관한 것이다. 예를 들어, 본 발명은 전기적 납 전선들 및 배기 관상부와 같은 램프 부품들을 이미 적용된 인광체(phosphor) 코팅을 갖는 저압 형광 방전 램프 싸개에 용접하여(hermetically) 밀봉 및 고착하는데 유용하다.

음극선 튜브뿐 아니라 백열등, 형광등, 고강도 방전 및 할로겐 램프를 포함하는 전기적 광 장치는 대개 용접하여 밀봉된 유리 싸개를 포함한다. 전극, 백열성(incandescent) 필라멘트, 배기 튜브 및 다른 부품들은 상기 유리 싸개에 용접하여 밀봉 및 고착된다. 상기 전극 및 상기 백열성 필라멘트는 일반적으로 상기 유리 싸개 안에 수용된다. 상기 전극의 납 전선들은 상기 유리 싸개와 용접하여 밀봉되어야 한다. 비드의 납들은 전통적으로 유리-금속(glass-to-metal) 밀봉의 효과를 내기 위해서 이러한 많은 광 장치들에서 사용된다. 도 1은 세 부분들(pieces): 내부 니켈 또는 텅스텐 납(13), 외부 사슬의 니켈 납(11), 및 중간의 텅스텐 납(15)으로 구성되는 전통적인 비드로 된 납의 설계를 도식적으로 보여준다. 유리 비드(17)는 중앙의 텅스텐 납 위에 용접하여 밀봉된다. 보로실리케이트 램프 적용에 있어서, 상기 비드는 또한 대개 보로실리케이트 유리로 만들어진다. 전통적으로, 불꽃 버너 기술은 상기 유리 싸개에 상기 비드를 밀봉하는데 사용된다. 버너는 용접 밀봉을 형성하기 위해서 두개의 유리 부품들을 연화 및 용융시키는데 필수적인 열을 제공한다. 유리-유리(glass-to-glass) 접촉을 갖는 것은 전기적 격벽(feed-through)이 상기 광 장치 안에 완전히 용접되는 것을 보증한다.

전형적인 형광 램프는 봉합된 방전 채널을 갖는 유리 싸개를 포함한다. 방전 채널 내부에 전극, 수은, 게터(getters), 인광체 코팅 및 비활성 기체들이 놓여진다. 상기 채널 내부에 밀봉되고 전기 에너지에 의해 여기된(excited) 비활성 기체들 및/또는 수은 증기는 적은 양의 가시광선과 함께 자외의 방사선을 방출한다. 대개 마이크로 단위의 크기인 인광체 입자들은 형광이라 불리는 메카니즘(mechanism)에 의해 자외의 방사선을 가시광선으로 전환한다. 다른 광 적용들에서와 같이, 상기 배기 튜브는 상기 유리 램프 싸개의 바깥쪽에 밀봉된다. 최근에, 새로운 종류의 형광 램프는 조명(illumination) 소스를 필요로하는 LCD 디스플레이 및 다른 디스플레이와 같은 정보 디스플레이에 있어서 역광(backlighting) 단위로써의 사용을 위해 특별히 개발되어 왔다. 이러한 램프들은 내부에 봉합된 복잡한(convoluted) 방전 채널을 갖는 평평한 외형(geometry)을 특징으로 한다. 좋은 광 효율 및 매력적인(appealing) 색상을 달성하기 위해서, 희토류(rare-earth) 삼-인광체는 이러한 램프 싸개에서 상기 방전 채널의 내부 벽으로 전형적으로 적용된다. 다른 형광 장치들에서처럼, 배기 튜브뿐 아니라 게터, 전극, 수은 및 비활성 기체들은 상기 유리 싸개와 함께 용접하여 밀봉되어야 한다. 그러한 평평한 패널(panel) 램프 싸개를 생산하는 방법은 미국특허 번호 제6,301,932호에 개시되어있다. 이러한 방법에 따라 생산된 상기 유리 싸개는 한-조각(once-piece) 설계를 갖는데, 즉, 복잡한 채널을 가지는 완전한 램프 바디를 형성하기 위해서 앞판 및 뒷판이 함께 밀봉된다. 많은 적용들의 필요사항들, 특히 노트북 컴퓨터, 손바닥 크기의(handheld) 컴퓨터, 및 그 유사품(the like)과 같은 휴대용 장치들의 필요사항들을 충족시키기 위해서 경하중량의(light-weight) 평평한 패널 역광 단위가 생산되었다. 이러한 램프 싸개들은 벽 두께가 1 ㎜ 훨씬 미만인 매우 얇은 기판을 가질 것이다.

이러한 평평한 패널 램프 싸개에 있어서, 특별히 미국특허 번호 제6,301,932호에서 생산된 한조각 램프 싸개, 전극, 게터 및 배기 튜브는 인광체 코팅이 적용된 후에 상기 램프 싸개와 함께 전형적으로 밀봉된다. 상기 램프 싸개에 전극, 배기 튜브 및 다른 부품들을 용접한 밀봉이 시도되어지고 있다. 전통적인 광 장치에 적절한 불꽃 밀봉 기술은 불가능하지 않다면, 통상적인 방법으로 이러한 적용들에 직접 사용되는 것은 어렵다고 알려져 있다. 첫째, 얇은 유리 벽을 늘어지게 하는 원인이 되고 변형을 초래하는, 상기 버너 불꽃에 의해 생성된 과도한 열은 상기 유리 싸개를 연화시킬 것이다. 가능함에도 불구하고, 평평한 표면으로의 유리 부품에 작용하는 불꽃은 전형적으로 변형된 밀봉 영역(area)을 초래하며, 그 결과로서 상기 램프의 전반적인 두께 및 기계적 강도에 영향을 미친다. 둘째, 큰 영역 및 복잡한 외형을 가진 이러한 램프 싸개들은 온도 차이에 매우 민감하다. 불꽃 밀봉에 관여하는 온도 차이는 램프 싸개들이 쉽게 깨지는 원인이 될 수 있다. 셋째, 인광체 코팅, 게터 및 전극은 높은 온도에 민감하다. 상기 인광체 코팅의 600℃ 이상의 온도로의 노출은 램프 산출(output) 및 다음의 수명을 낮추어 기능성을 크게 감소시킬 것이다. 상기 채널이 비워지고 용접하여 밀봉되기 전에 높은 온도를 조건으로 하면, 게터는 조급하게 활성화되고, 채널안에 있는 대기와 반응하여, 그 결과 그것들의 의도된 기능을 잃게 될 수 있다. 상기 전극 벨들(bells)은 대개 그것의 외부 표면위에 특별한 방출 코팅 물질층으로 코팅된다. 600℃ 이상의 온도로 가열될때, 상기 코팅은 파괴되거나 또는 또한 부정적으로 영향을 받을 것이다. 많은 경우, 통상적인 방법에 있어서 직접적인 불꽃 밀봉 기술을 사용하는 것은 대개 상기 밀봉영역에서 멀지 않은 곳에 위치하는 인광체, 게터 및 전극을 가열하는 것을 피할 수 없다. 그러므로, 예를 들어, 몇가지 자연스런 결과들은 파괴되고 또는 악화된 램프 부품들, 램프 기능장애 또는 짧아진 램프 수명, 및 감소된 램프 밝기 일관성이다. 넷째, 많은 램프 적용들에서, 밀봉된 상기 구멍들은 비드로 된 납 전선에 있는 상기 솔더 유리 비드보다 훨씬 커서 통상적인 불꽃 밀봉 기술을 사용하여 유리 싸개에 비드로 된 납 전선을 직접 밀봉하는 것을 불가능하지는 않지만 어렵게 만든다. 마지막으로, 버너 불꽃을 사용하는 것은 상기 램프 밝기, 밝기 균일성 및 램프 수명에 불리한 탄화수소와 같은 램프 방전 채널안으로 원하지 않는 불순물들을 끼워 넣을 수 있다.

그러므로, 평평한 패널 램프를 밀봉하는데 있어서, 상기 통상적인 직접적 불꽃 밀봉 기술 대신에 국소화된 가열방법이 중요하고 민감한 램프 부품들에 영향을 미치지 않고서 전극 납 및 관상부와 같은 램프 부품을 용접 밀봉 및 고착의 효과를 내는데 사용될 수 있도록 하는 새로운 접근의 필요성이 존재한다.

솔더 유리들은 유리-유리 또는 유리-금속 밀봉을 달성하는데 사용되어 왔다. 솔더 유리들은 투명하거나 또는 불투명할 수 있다. 투명한 솔더 유리들은 밀봉 후에 유리 상태를 유지한다. 그것들은 융해되는 각자의 시간으로 같은 온도에서 융해되고 흐르는 열가소성플라스틱(thermoplastic) 물질들이다. 일반적으로 프릿(frit)으로 언급되는 불투명한 솔더 유리들은 밀봉후에 더이상 흐릿한(glassy) 상태는 아니지만 흐릿한 상태 및 결정성 상태를 함유하는 것을 의미하는 열경화성(thermosetting)이다. 그것들의 열경화성 특성들때문에, 불투명한 솔더 유리들은 상기 투명한 것들에 반해 많은 장점을 가지며 많은 적용들에서 선호된다. 일단 결정화되면, 불투명한 솔더 유리들은 그것의 투명한 전구체 및 대조물에 있어서 약 2.1~3.5 ×10^-6 ㎎·m^-2와 비교했을때 약 4.2~5.6 ×10^-6 ㎎·m^-2의 높은 파열계수를 갖는다. 더욱이, 상기 불투명화된 프릿의 연화점은 그것들의 투명한 전구체들의 초기 연화점 위로 반드시 증가된다. 상기 전반적인 효과는 상승된 온도에서 더 강하고 더 안정되게 밀봉을 부여하는 것이다.

솔더 유리들을 사용함으로써 국소화된 가열방법을 이용하여 용접한 밀봉을 수용하는 것이 가능하다. 이외에도, 솔더 유리는 비드로 된 납 전선의 비드 및 배기 튜브와 같은 관상부, 및 상기 부품이 용접하여 밀봉된 더 큰 구멍의 주변과 같은 부품 사이의 틈(gap)을 채우는데 사용될 수 있다. 그러므로, 솔더 유리들은 상기 평평한 패널 램프를 밀봉하는데 있어서 관심을 끈다.

전기적 램프는 그것의 작동동안에 열을 발생시키기 때문에 유리 싸개를 제조하는데 저-팽창(low-expansion) 유리를 사용하는 것이 바람직하다. 0 에서 300℃까지의 30~45 ×10^-7℃^-1의 범위에 있는 열팽창계수(CTE)를 갖는 보로실리케이트 유리는 평평한 패널 램프 싸개를 포함하는 광 장치에 사용되어 왔다. 그러나, 상기 보로실리케이트 램프 싸개를 가지고 상기 램프 부품들을 밀봉하는데 있어서 적절한 솔더 유리 및 밀봉법을 발견하고자 하는 노력이 계속되어 왔다.

본 발명은 적외선 흡수 솔더 유리 프리폼 및 적외의 방사선을 사용하여 밀봉된 부품을 포함하는 부품 어셈블리를 밀봉 및 고착하는 공정을 제공함으로써 상기개요적으로 나타낸(outlined above) 관심사들을 다루고 있다.

발명의 요약

본 발명은 다음의 단계들을 포함하는, 0 에서 300℃까지의 CTE C ₁ 을 갖는 유리로 만들어진 광 장치의 램프 싸개에 부품을 용접하여 밀봉하는 공정을 제공한다.

i) 램프 싸개로 밀봉된 부품 및 상기 유리 램프 싸개에 용접하여 밀봉되고 고착된 상기 부품의 부분에 봉합되어 적외선 흡수 솔더 유리 프리폼을 포함하는 부품 어셈블리를 제공하는 단계, 여기서 상기 프리폼의 솔더 유리는 500℃ 이상의 선-밀봉 연화점 T _s , C ₁ ±10 ×10^-7℃^-1범위에서 0 부터 300℃까지의 후-밀봉 CTE C ₂ 를 갖으며, 선-밀봉 연화점 이상의 온도로 가열시 상기 램프 싸개로 상기 부품의 용접한 밀봉을 형성할 수 있음;

ii) 상기 부품을 상기 램프 싸개에 밀봉하고 고착시켜 상기 램프 싸개의 구멍에 상기 부품 어셈블리를 부착시키는 단계;

iii) 상기 솔더 유리 프리폼을 용접한 밀봉이 수행되도록 상기 솔더 유리의 선-밀봉 연화점 T _s 이상의 온도보다 더 높은 온도로 적외의 방사선을 사용하여 국소적으로 가열시키는 단계.

바람직하게는, 본 발명의 공정은 30~45 ×10^-7℃^-1의 범위에 있는 0 에서 300℃의 CTE C ₁ 을 갖는 보로실리케이트 유리로 만들어진 램프 싸개에 사용된다.

바람직하게는, 본 발명의 공정에서 사용된 프리폼에서 상기 솔더 유리는 CuO 및/또는 Fe₂O₃를 함유하는 B₂O₃-SiO₂-PbO-ZnO 유리로 필수적으로 구성되며 550~700℃의 범위에 있는 선-밀봉 연화점, 32~40 ×10^-7℃^-1의 범위에 있는 0 에서 300℃의 후-밀봉 CTE C ₂ , 630~750℃의 범위에 있는 불투명화 온도 T _d 를 갖는 솔더 유리를 불투명화함으로써 형성된다. 더욱 바람직하게는, 본 발명의 상기 부품 어셈블리에서 상기 솔더 유리 프리폼은 배치(batch)로부터 계산된 산소 기준 중량%에 의해, 0~2%의 Al₂O₃, 15~25%의 B₂O₃, 1~5%의 CuO, 0~5%의 Fe₂O₃, 0~7%의 PbO, 10~16%의 SiO₂ 및 55~65%의 ZnO로 필수적으로 구성되며, 그리고 550~700℃ 범위, 바람직하게는 600~650℃ 범위에서 선-밀봉 연화점, 32~40×10^-7℃^-1의 범위, 바람직하게는 34~38×10^-7℃^-1범위에 있는 0에서 300℃까지의 후-밀봉 CTE C ₂ 및 630~750℃의 범위, 바람직하게는 650~700℃의 범위에 있는 불투명화 온도 T _d 를 갖는 솔더 유리로부터 형성된다.

본 발명의 하나의 바람직한 구체예에 따르면, 상기 유리 싸개에 용접하여 밀봉되고 고착된 부품들은 비드로 된 전극 납 전선이다. 바람직하게는, 상기 비드로 된 납 전선은 외부의 납 전선, 내부의 납 전선, 및 중간의 납 전선을 갖으며, 상기 중간의 납 전선은 솔더 유리 비드로 용접하여 밀봉된다.

본 발명의 다른 하나의 바람직한 구체예에 따르면, 상기 유리 싸개에 용접하여 밀봉 및 고착된 상기 부품은 상기 유리 싸개에 유사한 CTE를 갖는 유리 관상부이다. 상기 관상부는 유리 싸개의 배기 튜브가 될 수 있다. 선택적으로, 본 발명의 하나의 구체예에 따르면, 비드로 된 전극 납 전선은 상기 관상부 및 상기 비드 사이의 용접한 밀봉을 형성할 수 있는 앞선 또는 추후의 가열에서 상기 관상부 안으로 놓여질 수 있다.

본 발명의 하나의 구체예에서, 본 발명의 상기 부품 어셈블리의 솔더 유리 프리폼은 부품이 밀봉 및 고착되는 유리 싸개의 구멍에 의해 수용가능한 형상을 가지거나 또는 상기 구멍을 덮을 수 있는 형상을 갖는다.

본 발명의 하나의 바람직한 구체예에서, 상기 솔더 유리 프리폼은 두개의 통합된 부분 P ₁ 및 P ₂ 로 구성되는 일차원(one-step) 구조를 갖는데, 여기서 P ₁ 은 P ₂ 보다 더 작은 횡단(cross-sectional) 크기를 가지며 상기 부품이 상기 램프 싸개에 밀봉 및 고착되는 구멍에 의해 수용될 수 있고, P ₂ 는 P ₁ 이 상기 구멍에 의해 삽입되고 수용될때, 상기 구멍을 덮을 수 있는 더 큰 횡단 크기를 갖는다.

본 발명의 상기 부품 어셈블리에서 상기 솔더 유리 프리폼을 적외의 방사선을 사용한 국소적인 방법에 의해 가열함으로써, 상기 부품 및 상기 유리 싸개 사이의 용접한 밀봉은 적당한 램프 영역에 실질적인 온도 상승을 일으키지 않고 단시간안에 효과를 낼 수 있고, 따라서 상기 램프 싸개의 잠재적인 변형, 상기 인광체 코팅의 파괴, 게터 및 전극은 피할 수 있다. 본 발명은 고온에 민감하고 전통적인 불꽃 밀봉 기술이 사용될 수 없는 평평한 패널 램프 싸개들, 예를 들어, 이미 적용된 인광체 코팅을 가진 평평한 패널 램프 싸개들을 밀봉하는데 특히 적절하다.

본 발명의 부가적인 특성 및 장점은 다음에 올 상세한 설명에서 보여질 것이고, 일부분은 첨부된 도면뿐 아니라 기술된 설명 및 청구항대로 본 발명을 수행함으로써 알고 있는 사람들 또는 당업계의 종사자들에게 자명할 것이다.

전술한 일반적인 설명 및 후술될 상세한 설명 및 도면들은 단지 본 발명의 구체예일 뿐이라는 것이 이해되어야 하며, 청구된대로 본 발명의 본성(nature) 및 특성(character)을 이해하는데 개관(overview) 및 틀(framework)이 제공됨이 이해되어야 한다.

상기 첨부한 도면들은 본 발명의 더 깊은 이해를 제공하기위해 포함되고, 이러한 특성화 부분에 통합되고 구성한다.

첨부된 도면들에서,

도 1은 외부 납, 내부 납 및 용접하여 밀봉된 솔더 유리 비드를 갖는 중간 납으로 구성되는 비드로 된 전극 납 전선의 개략적인 단면도이다;

도 2는 상기 어셈블리가 밀봉 및 고착되는 것을 통해 상기 램프 싸개의 구멍에 의해 수용가능한 단일한 모양을 가지거나 또는 덮을 수 있게 하는 비드로 된 전극 납 전선 및 솔더 유리 프리폼을 포함하는 본 발명의 부품 어셈블리의 개략적인 단면도이다;

도 3은 상기 어셈블리가 밀봉 및 고착되는 구멍에 의해 수용될 수 있고 더 작은 P _1, P ₁ 이 삽입되고 상기 구멍에 의해 수용될때 상기 구멍을 덮을 수 있고 더 큰 P ₂ 를 가진, 두개의 통합된 부분 P ₁ 및 P ₂ 를 가지는 1차원 구조를 갖는 비드로 된 전극 납 전선 및 솔더 유리 프리폼을 포함하는 본 발명의 부품 어셈블리의 개략적인 단면도이다;

도 4는 상기 어셈블리가 밀봉 및 고착되는 램프 싸개의 구멍에 의해 수용될 수 있는 또는 덮을 수 있는 형상을 갖는 관상부 및 솔더 유리 프리폼을 포함하는 본 발명의 부품 어셈블리의 대략적인 단면도이다;

도 5는 상기 어셈블리가 밀봉 및 고착되는 구멍에 의해 수용될 수 있고 더 작은 P ₁ , P ₁ 이 삽입되고 상기 구멍에 의해 수용될때 상기 구멍을 덮을 수 있고 더 큰 P ₂ 를 가진, 두개의 통합된 부분 P ₁ 및 P ₂ 를 가지는 1차원 구조를 갖는 관상부 및 솔더 유리 프리폼을 포함하는 본 발명의 부품 어셈블리의 개략적인 단면도이다;

도 6은 상기 어셈블리가 밀봉 및 고착되는 램프 싸개의 구멍에 의해 수용될 수 있는 형상 또는 덮을 수 있는 형상을 갖는 관상부 및 솔더 유리 프리폼을 포함하는 본 발명의 부품 어셈블리의 대략적인 단면도이며, 여기서 비드로 된 납 전선은 상기 관상부 안으로 삽입되고 놓여진다;

도 7은 상기 어셈블리가 밀봉 및 고착되는 것을 통해 상기 구멍에 의해 수용될 수 있고 더 작은 P ₁ , P ₁ 이 삽입되고 상기 구멍에 의해 수용될때 상기 구멍을 덮을 수 있고 더 큰 P ₂ 를 가진, 두개의 통합된 부분 P ₁ 및 P ₂ 를 가지는 1차원 구조를 갖는 관상부 및 솔더 유리 프리폼을 포함하는 본 발명의 부품 어셈블리의 개략적인 단면도이며, 여기서 비드로 된 납 전선은 상기 관상부로 삽입되고 놓여진다.

도 8은 본 발명의 공정을 사용하여 평평한 패널 램프 싸개에 상기 부품을 밀봉하는데 있어서, 두개의 적외의 방사선 소스가 사용된 기기 설치(set-up)를 보여주는 개략적인 도시이다.

본 발명의 목적에 있어서, "부품 어셈블리"는 (i)유리 램프 싸개에 밀봉 및 고착될 전극 납 전선, 관상부, 및 그 유사품과 같은 전기적 램프 부품, 및 (ii)솔더 유리 프리폼을 함유하는 어셈블리를 의미한다. 상기 램프 싸개에 일단 용접 밀봉되면, 상기 부품은 상기 램프 싸개의 구조적 및 기능적 부분이 된다.

위에 기술된 대로, 전극 납, 게터, 배기 튜브, 및 다른 램프 부품을 평평한패널 램프 싸개, 특히 인광체 코팅이 적용된 것들로의 용접한 밀봉이 시도되어 오고 있다. 백열 램프 및 관모양의 형광 램프와 같은 더 단순한 램프 싸개 설계에 있어서, 전통적인 불꽃 밀봉법은 도 1에서 도시된 것과 같이 비드로 된 납 전선 또는 배기 관상부를 유리 싸개에 용접 밀봉하는데 편리하게 사용될 수 있다. 그러나, 위에 기술된 이유들 때문에, 유사한 형(fashion)에서 직접적인 불꽃 밀봉은 불가능하지는 않지만, 평평한 패널 램프 적용에 있어서 용접 밀봉을 사용하는 것이 어렵다는 것을 증명해오고 있다. 최근에, 평평한 페널 램프 싸개를 생산하는 새로운 방법이 미국특허 번호 제6,301,932호에서 개시되었다. 이러한 방법에 따라 생산된 상기 램프 싸개는 한-조각 설계, 즉, 상기 램프의 앞면 및 뒷면이 안에 복잡한 방전 채널을 봉합된 한조각 안으로 형성된다. 이러한 램프 설계에 있어서, 인광체 코팅은 전극, 게터 및 배기 관상부를 밀봉하기 전에 상기 방전 채널의 중간 벽으로 적용되어야 한다. 상기 전극 및 배기 관상부를 밀봉 및 고착하는데 있어서뿐 아니라 인광체 코팅을 적용하는데 있어서 상기 유리 램프 싸개의 구멍들은 비드로 된 납 전선의 상기 솔더 유리 비드보다 전형적으로 더 크다. 이러한 한-조각 유리 램프 싸개로의 전극 및 배기 관상부의 용접한 밀봉은 램프 바디의 변형, 게터 및 전극 부품들을 포함하는 상기 램프의 중요한 부품들, 600℃ 이상의 온도에 매우 민감한 희토류 삼-인광체로 대개 형성되는 인광체 코팅을 파괴하거나 아니면 부정적으로 영향을 주지 않고는 특히 어렵다고 알려져 왔다.

전기적 램프는 그것들의 정상적인 작동 동안에 열을 발생시킨다. 그처럼, 보로실리케이트 유리들과 같은 저-팽창 유리들은 램프 적용품에서 사용되어 왔다.

솔더 유리 프리폼 및 상기 램프 싸개에 밀봉 및 고착된 상기 램프 부품을 포함하는 새로운 부품 어셈블리가 최근에 개발되었다. 이러한 새로운 부품 어셈블리는 주로 상기 솔더 유리 프리폼에 향해진 국소화된 적외선 가열을 사용함으로써, 이미 적용된 인광체를 가진 보로실리케이트 유리 램프 싸개의 용접한 밀봉 및 전극 납 전선 및 배기 관상부와 같은 램프 부품들을 상기 램프 싸개에 고착시키는데 있어서 편리하게 사용될 수 있다.

솔더 유리는 수년동안 유리-유리 및 유리-금속 밀봉을 실현하기 위해 사용되어져 왔다. 예를 들어, 미국특허 번호 제4,238,704,3,127,278,3,975,176호 및 제3,088,834호는 모두 복합(composite) 유리 바디를 형성하기 위해 유리 부분을 연결하는데 있어서 솔더 유리 구성을 개시했다. 그러나, 상기 솔더 유리 및/또는 이러한 참고문헌에서 개시된 사용법은 형광의 평평한 패널 방전 램프, 특히 이미 적용된 인광체 코팅을 가진 것에 의해 요구되는대로 엄격한 가열 조건들을 충족시키지 않거나 상기 요구되는 밀봉 조건하에서 용접 밀봉을 형성하지 않는다. 어떠한 적용에 있어서 올바른 솔더 유리를 선택하는데는, 많은 기술적인 요소들이 고려될 필요가 있다. 첫째 및 무엇보다도, 상기 적용의 작동하는 온도 범위가 맞춰지는 동안 밀봉된 부분들 및 상기 솔더 유리의 CTE, 즉, CTE 차이는 너무 크지 않아야 한다. 둘째, 밀봉될 부분들 및 상기 솔더 유리의 조성은 밀봉 온도까지 가열될때 상기 솔더 유리의 유동학(rheology)은 용접성이 요구될때 단단하고 용접한 밀봉의 효과를 낼 수 있도록 하기 위해 양립되어야 한다. 셋째, 적당한 속도로 국소적으로 가열된 상기 솔더 유리의 특성은 적외의 방사선과 같은 특별한 가열 소스가 사용될때 또한 걱정이다. 모든 솔더 유리가 동일한 적외 방사선의 흡수 능력을 갖지는 않는다.

본 발명의 공정에서 사용된 상기 부품 어셈블리는 상기 램프 싸개 및 봉합된 솔더 유리 프리폼으로 밀봉되고 상기 유리 램프 싸개로 용접하여 밀봉 및 고착된 상기 부품의 일부(portion)에 결합된 전극 납 전선과 같은 상기 부품을 포함한다. 상기 램프 부품 어셈블리는 30~45×10^-7℃^-1의 범위에서 CTE C ₁ 을 갖는 보로실리케이트로 만들어진 램프 싸개에 특히 적절하다. 그러나, 본 발명의 상기 램프 부품 어셈블리 및 상기 밀봉법이 다른 유리 구성을 갖는 램프 싸개에 적용될 수 있다는 것을 명심해야 한다. 밀봉된 상기 부품을 봉합하는 상기 솔더 프리폼은 C ₁ ±10×10^-7℃^-1범위에 있는 후-밀봉 CTE C ₂ 를 갖으며, 선-밀봉 연화점 T _s 이상의 온도까지 가열된 후에 용접 밀봉을 형성할 수 있다.

본 발명에 따른 공정에서 사용된 상기 프리폼의 솔더 유리는 투명한 솔더 유리 또는 불투명한 솔더 유리일 수 있다. 투명한 솔더 유리는 밀봉된 후에 흐릿한 상태를 유지한다. 선-밀봉 연화 온도 T _s 및 후-밀봉 연화 온도 T _s '는 연화 및 밀봉 공정동안에 어떤 상변화도 없기 때문에 실질적으로 동일하다. 그러나 솔더 유리를 불투명화하는것은 연화 및 밀봉 공정동안에 적어도 부분적으로, 본래의 흐릿한 상에서 결정형 상을 초래하는 상변화를 겪는다. 그러므로, 솔더 유리를 불투명화하는데 있어서 상기 후-밀봉 연화 온도 T _s '는 선-밀봉 연화 온도 T _s 보다 더 높다. 상기 솔더 유리가 투명한지 또는 불투명한지를 제외하고, 상기 램프 부품 및 램프 싸개 사이에 좋은 용접한 밀봉 효과를 내기 위해서 상기 밀봉 온도는 선-밀봉 연화 온도 T _s 보다 더 높아야 된다. 전형적으로, 솔더 유리를 불투명화하는 것이 사용될때, 좋고 내구성 있는 밀봉을 얻기 위해서 불투명화하는 온도 T _d 위의 온도까지 가열된다.

30~45×10^-7℃^-1로부터의 범위에 있는 CTE C ₁ 을 갖는 보로실리케이트 유리 싸개에 있어서, 본 발명의 공정에서 사용된 상기 부품 어셈블리의 프리폼의 바람직한 솔더 유리는 550~700℃의 범위에 있는 선-밀봉 연화점, 32~40 ×10^-7℃^-1의 범위에 있는 0 에서 300℃의 후-밀봉 CTE C ₂ , 630~750℃의 범위에 있는 불투명화 온도 T _d 를 갖는, CuO 및/또는 Fe₂O₃를 함유하는 B₂O₃-SiO₂-PbO-ZnO 유리로 필수적으로 구성된다. 더욱 바람직하게는, 본 발명의 상기 부품 어셈블리의 프리폼의 상기 솔더 유리는 배치로부터 계산된 산소 기준 중량%에 의해 표현된, 0~2%의 Al₂O₃, 15~25%의 B₂O₃, 1~5%의 CuO, 0~5%의 Fe₂O₃, 0~7%의 PbO, 10~16%의 SiO₂ 및 55~65%의 ZnO로 필수적으로 구성되며 550~700℃ 범위, 바람직하게는 600~650℃ 범위에서 선-밀봉 연화점, 32~40×10^-7℃^-1의 범위, 바람직하게는 34~38×10^-7℃^-1범위에 있는 0에서 300℃까지의 후-밀봉 CTE C ₂ 및 630~750℃의 범위, 바람직하게는 650~700℃의 범위에 있는 불투명화 온도를 갖는다. 이러한 솔더 유리들은 상기 램프 싸개의 기판 유리에 맞는 CTE를 확보한다. 더욱이, 그것의 불투명화 온도 위의 온도까지 가열될 때 상기 솔더 유리의 유동학 및 상기 램프 싸개의 기판 유리를 가진 구성 양립성은 밀봉된 상기 부품 및 상기 유리 램프 싸개의 사이에 용접한 밀봉을 형성하도록 한다. 놀랍게도, 이러한 솔더 유리들은 적외의 방사선 빔을 사용한 국소화된 가열에 그것들을 적절한 후보자가 되도록 하는 강한 적외의 흡수력을 갖는다.

상기 유리 싸개에 있어서 상기 보로실리케이트 유리의 제한없는 실시예는 상기 배치 물질로부터 계산된 산소 기준 중량%에 의해 표현된, 77.4%의 SiO₂, 15.4%의 B₂O₃, 1.9%의 Al₂O₃ 및 5.3%의 Na₂O로 구성되고, 0에서 300℃까지의 대략 38×10^-7℃^-1의 CTE를 갖는다.

본 발명의 하나의 구체예에서, 본 발명의 상기 부품 어셈블리에 있는 유리 램프 싸개에 밀봉된 상기 부품은 전극 납 전선이다. 따라서, 상기 기인된 부품 어셈블리는 상기 유리 싸개에 밀봉된 납 전선 어셈블리이다. 전극 광 장치들의 사용에 있어서 전형적인 전극 납 전선의 단면도는 도 1에서 개략적으로 도시되었다. 이러한 납 전선은 세 부분들: 전력소스와의 연결에 있어서 꼬은(stranded) 니켈 외부의 납, 중간의 텅스텐 납(15), 및 내부의 니켈 또는 텅스텐 납(13)을 갖는다. 상기 중간의 텅스텐 납(15)은 제조업자에 의해 공급될때 솔더 유리 비드에 의해서 용접하여 밀봉된다. 상기 유리 비드는 0 에서 300℃ 까지의 약 36.0×10^-7℃^-1의 CTE를 갖는, 텅스텐 밀봉하는데 클리어(clear) 소다 납 보로실리케이트 유리인 NONEX^®로 만들어질 수 있다.

백열 램프 및 단순한 관모양의 형광 램프와 같은 통상적인 광 장치들에서, 중간 텅스텐 납을 봉합하는 상기 유리 비드는 예를 들어, 불꽃 밀봉 기술을 사용하는 상기 유리 램프 싸개에 직접적으로 밀봉된다. 그러나, 위에 열거된 이유들때문에, 이 기술은 평평한 패널 램프들, 특히 전극 전선들의 밀봉 전에 적용된 인광체 코팅을 갖는 것들에 직접적으로 적용가능하지는 않다. 본 발명에서, 평평한 패널 램프 싸개에 상기 부품 어셈블리를 밀봉하는데 있어서 불꽃 밀봉은 더이상 요구되지 않는다. 상기 솔더 유리 프리폼은 봉합되고 상기 비드로 된 전극 납 전선의 비드에 결합한다. 선-밀봉 연화 온도 T _s 이상의 온도 및 불투명화한 솔더 유리가 사용될 때 그것의 불투명화 온도 이상의 온도까지 가열함으로써, 상기 솔더 유리 프리폼 및 상기 텅스텐 중간 납 전선 위에 있는 상기 유리 비드 사이에 용접한 밀봉이 효과를 보인다. 본 발명의 상기 부품 어셈블리에서 비드로 된 전극 납 전선 및 상기 솔더 유리 프리폼 사이의 결합은 밀봉 과정 후에 얻어진 밀봉만큼 강하고 용접할 필요는 없다. 실제로, 밀봉전에 상기 솔더 유리 프리폼 및 상기 비드로 된 납 전선 사이의 결합은 다공성이고 비연속성일 수 있다. 상기 솔더 유리 프리폼 및 어느 정도의 상기 납 전선의 비드 사이의 결합은 상기 납 전선에 있어서 하류부 밀봉 공정에 편리하고 용접된 전극은 상기 결합때문에 돌아다니지 않을 것이며, 따라서 정확한 밀봉이 달성될 수 있다. 도면에서 보여지지 않은, 전극 벨들은 상기 램프 싸개에 상기 비드로 된 납을 밀봉하기 전에 상기 램프 싸개의 구멍을 통해 삽입된, 내부의 니켈 또는 텅스텐 납의 말단에 대개 용접된다.

도 2는 본 발명에 따른 비드로 된 전극 납 전선 및 솔더 유리 프리폼(19)을 포함하는 부품 어셈블리의 개략적인 단면도이다. 이 도면에서 보여진 것처럼, 상기 비드로 된 전극 납 전선의 중간 텅스텐 납(15) 위쪽의 상기 유리 비드(17)는 상기 솔더 유리 프리폼(19)에 결합된다. 평가될 수 있듯이, 17 및 19 사이의 상기 결합은 다공성 및/또는 비연속성일 수 있고 이 도면에서 지시된 것만큼 밀접하게 결합하지는 않는다. 이 도면에서 도시된 것처럼, 이러한 구체예에서 상기 솔더 유리 프리폼은 상기 어셈블리가 상기 램프 싸개로 밀봉되는 것을 통해 상기 램프 싸개의 구멍에 의해 수용될 수 있는 단일한 형상을 가지거나 또는 상기 구멍을 덮을 수 있는 형상을 갖는다. 상기 유리 싸개로의 상기 어셈블리의 밀봉 전에, 게터는 상기 램프 싸개의 방전 채널 안으로 놓여지며 전극 벨은 내부의 납 전선(13)의 더 낮은 말단위에 용접된다. 다음에 이어서, 상기 전극 및 내부 납 전선(13)은 상기 구멍을 통해서 상기 방전 채널 안으로 삽입되고, 상기 솔더 유리 프리폼(19)은 안쪽에 놓여지고 상기 구멍에 의해 수용되거나 또는 상기 구멍을 덮도록 꼭대기(atop)에 놓인다. 바람직하게는, 상기 솔더 유리 프리폼의 윗 평면도는 그것이 상기 구멍에 의해서 수용될 수 있기 위하여 상기 구멍의 동일한 형태, 및 어떠한 실질적인 틈이 상기 솔더 유리 프리폼 및 상기 구멍의 주변부 사이에 존재하지 않도록 상기 구멍의 실질적으로 동일한 크기를 취해야 한다. 예를 들어 그리고 단지 설명의 목적에 있어서, 상기 구멍은 원형인 반면에, 상기 솔더 유리 프리폼은 유리하게 원통모양이다. 또는, 상기 솔더 유리 프리폼은 상기 구멍이 상기 프리폼이 꼭대기에 놓여질때 덮일 수 있도록, 상기 구멍보다 더 큰 크기를 가질 수 있다. 국소적인 가열이 상기 솔더 유리 프리폼에 적용되고, 상기 솔더 유리가 선-밀봉 연화 온도 T _s 위의 온도까지 가열된 후, 용접한 밀봉은 상기 구멍을 가로질러 효과를 보인다.

도 3은 비드로 된 납 전선 및 솔더 유리 프리폼을 포함하는 본 발명의 다른 하나의 부품 어셈블리의 개략적인 단면도를 도시한다. 이 도면에서, 상기 중간 납(15) 위의 상기 유리 비드(17)는 1차원 구조를 갖는, 솔더 유리 프리폼(21)에 결합된다. 상기 1차원 구조는 P ₁ 보다 P ₂ 가 큰, 다른 단면 크기를 갖는 두개의 통합된 부분 P ₁ 및 P ₂ 로 구성된다. P ₁ 은 상기 비드로 된 납이 밀봉 및 고착되는 것을 통해 상기 구멍에 의해 받을만한 모양 및 크기를 유리하게 갖는다. 그러나, P ₂ 의 크기 및 모양은 P ₁ 이 상기 구멍 안으로 삽입될 때, P ₂ 가 상기 구멍의 주변부를 덮을 수 있도록 선택되어야 한다. 도 3은 본 발명의 상기 비드로 된 납 전선 솔더 유리 프리폼 어셈블리의 바람직한 설계이다. 도 2의 설계와 비교해서, 도 3의 상기 1차원 구조는 밀봉 공정동안 상기 구멍 주변에 관계한 상기 전극 납 전선의 움직임을 감소시키거나 또는 막으며, 따라서 상기 구멍에 집중된 상기 전극 전선의 더 많은 정확한 밀봉이 달성될 수 있다. 상기 납 전선의 중심을 벗어난 밀봉은 상기 유리 싸개의 깨짐 및/또는 커다란 누출(gross leak)에 이르게 할 수 있다.

본 발명의 다른 하나의 구체예에서, 상기 부품 어셈블리에서 상기 유리 싸개로 밀봉된 상기 부품은 C ₁ ±10×10^-7의 범위에 있는 CTE C ₃ 를 갖는 보로실리케이트 유리 관상부이다. 도 4 및 5는 이러한 구체예의 단면도를 도시하는 반면에, 23은 상기 유리 관상부의 단면도를 나타낸다. 이러한 관상부는 상기 램프 싸개의 배기 관상부로써 제공될 수 있다. 이처럼, 이러한 구체예에 있어서 상기 솔더 유리 프리폼의 두개의 설계는 심사숙고되었고 각각 도 4 및 5에서 도시되었다. 도 4에서 상기 솔더 유리 프리폼(19)은 상기 관상부가 밀봉 및 고착되는 것을 통해 상기 유리 싸개의 구멍에 의해 수용될 수 있는 단일한 형상 및 크기를 가지거나 또는 상기 구멍을 덮을 수 있는 형상을 갖는다. 도 5에서 상기 유리 프리폼(21)은 도 3에서처럼 실질적으로 동일한 1차원 구조를 갖는다. 유사하게, 도 5 설계는 상기 부품이 관상부인 본 발명의 바람직한 구체예이다. 도 4의 설계와 비교해, 도 5의 1차원 구조는 밀봉 공정동안 상기 구멍 주변부에 관련한 상기 관상부의 움직임을 감소시키거나 또는 막으며, 따라서, 상기 관상부의 더 많은 정확한 밀봉이 달성될 수 있다. 상기 램프 싸개에 밀봉된 상기 관상부는 배기 관상부인 반면에, 그것은 전극 납 전선을 밀봉 및 고착하는데 있어서 상기 구멍과 다른 분리된 구멍에 대개 밀봉된다. 상기 게터들이 상기 방전 채널 안으로 놓여진 후, 상기 전극 납 전선 및 모두 용접하여 밀봉된 상기 배기 튜브들, 상기 배기 관상부를 통해 비워진 상기 채널, 상기 채널에 부가된 수은 및 비활성 기체, 상기 배기 관상부는 중요하고 민감한 램프 부품들의 실질적인 가열을 야기시키지 않고 마지막 방전 램프 장치를 얻기 위해서 불꽃 가열 또는 다른 가열 수단을 사용하여 붕괴될 수도 있다. 상기 배기 관상부가 상기 솔더 유리 프리폼보다 필수적으로 램프 부품들로부터 멀리 있기때문에, 주위하는 경우, 불꽃 밀봉은 상기 램프 싸개를 파괴 또는 변형 없이 상기 배기 튜브를 붕괴시키는 데 사용될 수 있다. 또한 사용될지라도, 불꽃 밀봉은 상기 유리 싸개에 직접 적용될 수 없다.

도 4 및 5에서 도시된 상기 관상부는 배기 관상부로써 사용될 뿐 아니라, 상기 유리 싸개에 전극을 밀봉하는데 사용될 수 있다. 도 6 및 7은 보로실리케이트 유리 관상부, 솔더 유리 프리폼 및 비드로 된 전극 납 전선을 포함하는 부품 어셈블리의 두가지 설계의 단면도를 개략적으로 도시한다. 이처럼, 상기 도 7 설계는 1차원 구조의 특성을 갖는 솔더 유리 프리폼을 가지며 본 발명에서 바람직한 구체예를 나타낸다. 도 6 설계와 비교해서, 도 7의 1차원 구조는 상기 관상부가 밀봉 공정동안 밀봉되는 구멍의 주변부에 관련한 상기 관상부(23)의 움직임을 감소시키고 또는 막아주며, 따라서 상기 관상부의 더 많은 정확한 밀봉이 달성될 수 있다.

도 6 및 7에서 도시된 상기 부품 어셈블리에서, 비드로 된 전극 납 전선은 상기 관상부의 밀봉 전에 상기 유리 램프 싸개로 밀봉된 상기 관상부 안으로 삽입된다. 상기 유리 램프 싸개에 상기 관상부의 밀봉 이전에, 상기 유리 비드(17)는 예를 들어, 불꽃 밀봉 공정에 의해 상기 관상부(23)에 이미 용접하여 밀봉되었을 수 있다. 이러한 개요에서, 상기 비드로 된 전극 납 전선의 용접한 밀봉은 상기 관상부(23)가 상기 유리 램프 싸개에 용접하여 밀봉될 때 얻어진다. 또는 선택적으로, 상기 비드로 된 전극 납 전선은 상기 관상부가 상기 유리 램프 싸개에 용접하여 밀봉되기 전에 그것들사이에 용접한 밀봉 없이 상기 관상부(23) 안으로 삽입될 수 있다. 상기 솔더 유리 프리폼들(19 및 21)을 국소적으로 가열함으로써 상기 램프 싸개로 상기 관상부를 밀봉한 후, 상기 유리 비드(17) 및 관상부(23) 사이의 용접한 밀봉은 추후의(further) 가열을 사용하여 행해질 수 있다. 또 한편, 불꽃 밀봉은 주의를 기울인다면 상기 불꽃 밀봉 위치 및 상기 램프 싸개의 중요하고 민감한 부품들 사이의 주어진 더 긴 거리에서 사용될 수 있다.

솔더 유리 프리폼을 만드는 다양한 방법들이 당업계의 당업자에게 알려져 있다. 투명한 그리고 불투명화한 솔더 유리들 둘다 특정한 적용들에서의 요구들을 충족시키도록 설계된 다양한 입자 분포로서 주 형태로 이용될 수 있다. 투명한 솔더 유리들은 밀봉 프레임의 준비를 위해 막대안으로 형성될 수 있다. 그러나, 불투명화하는 솔더 유리들은 재구성된 공정동안 결정화하려는 경향때문에 밀봉 프레임을 위해 막대안으로 형성될 수 없다. 두 타입의 솔더 유리들에 있어서, 예를 들어, 관상부 밀봉에서 사용을 위해 다양한 원하는 모양 및 배치의 밀봉 칼라(callars)를 형성하기 위해 유기적 결합제를 사용하거나 또는 사용하지 않고 건조-가압(dry-pressed)될 수 있다. 또는 선택적으로, 그것들은 원하는 모양 및 설계의 밀봉 조각들을 형성하기 위해 압출성형 및 소결될 수 있다. 상기 비드로 된 납 전선 및 상기 관상부와 같은 상기 램프 부품이 수용되는데 있어서 구멍들은 건조-가압 및/또는 압출성형 공정동안 직접적으로 형성될수 있고, 또는 뚫릴 수 있다. 나중에, 상기 부품은 본 발명의 상기 부품-솔더 유리 프리폼 어셈블리를 형성하기 위해 상기 구멍안으로 삽입된다. 상기 부품 및 상기 솔더 유리 프리폼 사이에 어느 정도의 기계적인 결합은 하류부 공정들의 편리성을 위해 원하는 바이고, 상기 솔더 유리의 선-밀봉 연화 온도 T _s 보다 더 낮은 온도에서 전체 어셈블리를 소결함으로써 효과를 낼 수 있다. 상기 프리폼을 형성하는데 있어서 유기적 결합제들이 상기 솔더 유리에 부가되는 반면에, 소결 온도 및 시간은 해로운 유기적 불순물들이 밀봉 후 상기 램프 싸개의 방전 채널 안으로 도입되지 않게 하기 위해서 상기 프리폼으로부터 그것들을 실질적으로 제거하는데 충분해야한다. 예를 들면, 본 발명의 바람직한 구체예에서, 적은 양의 에탄올이 첨가된 불투명한 솔더 유리 파워(power)는 위에 기술된 원통형의 모양 및 1차원 모양과 같은 원하는 모양안으로 처음 압축된다. 그후에, 상기 프리폼을 관통하여 구멍을 뚫고, 그 후 그것을 통해 상기 비드로 된 전극 납 전선 또는 유리 관상부가 삽입된다. 다음에 이어서, 상기 솔더 유리 프리폼의 소결이 수행되고, 그것에 의해 상기 에탄올이 제거되며, 상기 솔더 유리 프리폼 및 상기 부품 사이에 결합이 얻어진다. 따라서, 본 발명의 준비된 부품 어셈블리는 상기 유리 램프 싸개로 밀봉되기 쉽다. 전형적으로, 특히 한-조각 설계를 가진 상기 유리 싸개에 있어서, 본 발명의 상기 부품 어셈블리의 상기 램프 싸개로의 밀봉은 인광체 코팅이 적용되고 게터들이 상기 방전 채널 안으로 놓여진 후에 수행된다. 상기 전극 벨, 및 그 유사한 것과 같은 부가적인 램프 부품들은 상기 어셈블리가 상기 램프 싸개로 밀봉되기 전에 상기 비드로 된 전극 납의 내부 납 말단에 용접된다.

위에 기술된 것과 같이, 평평한 패널 램프 싸개들, 특히 이미 인광체 코팅이 적용된 것들에 있어서, 상기 램프 싸개로의 상기 전극 납 및 배기 관상부를 밀봉하는데 국소화된 가열은 상기 인광체 코팅, 게터와 같은 상기 램프의 열-민감 부품들의 파괴 및/또는 상기 램프 싸개 자체의(per se) 변형을 피하기 위해서 요구된다. 본 발명의 상기 부품-솔더 유리 프리폼 어셈블리는 상기 부품들을 밀봉하는데 국소화된 가열을 사용하는 것을 가능하게 한다. 상기 유리 싸개에 상기 부품 어셈블리를 밀봉할때, 국소화된 열 소스는 주로 상기 솔더 유리 프리폼에 적용된다. 압력은 필요한 프리폼에 선택적으로 적용된다. 바람직하게는, 짧은 기간 내에 상기 솔더 유리는 상기 부품 및 상기 유리 램프 싸개 사이에 용접한 밀봉을 형성하기 위해 그것의 밀봉 온도 이상의 온도까지 가열되고, 거기서 그것은 연화하고, 임의대로(optionally) 흐르고, 및/또는 불투명한 솔더 유리가 사용되면 불투명화한다. 인광체 코팅, 게터 및 그 유사한것과 같은 근처의 램프 부품에 지나친 가열을 피하기 위해서, 밀봉 시간은 5분 미만, 바람직하게는 3분 미만, 더욱 바람직하게는 1분 미만, 가장 바람직하게는 초단위 내로 조절되어야 한다. 임의로, 차폐물(shield), 반사물 및/또는 열-흡수 커버 물질은 밀봉하는데 사용된 가열 소스에 의해 램프 싸개가 지나치게 가열되는 것을 막기 위해서 상기 램프 싸개의 나머지를 보호하는데 사용될 수 있다. 일단 용접한 밀봉이 효과를 보이면, 상기 가열 소스는 상기 부품 어셈블리로부터 제거되고, 밀봉한 상기 유리 싸개는 천천히 실온으로 냉각되어야 한다. 상기 솔더 유리는 강하고 용접한 밀봉을 형성하기 위해 상기 냉각 공정동안 단단해진다.

본 발명의 공정에서 사용된 상기 유리 프리폼의 적외선 흡수력때문에, 적외의 방사선은 상기 솔더 유리 및 상기 밀봉 영역의 국소화된 가열에 사용될 수 있다. 국소화된 가열 효과를 위해, 상기 방사선은 바람직하게 집중된다. 곡선모양의 반사물들은 적외의 방사선 에너지를 모아서 그것을 실질적으로 단지 상기 밀봉 영역으로 향하게 하는데 사용될 수 있다. 충분한 가열 전력으로, 상기 솔더 유리 프리폼은 선-밀봉 연화점보다 더 높은 온도까지 가열되고, 따라서 용접한 밀봉은 효과를 보인다. 상기 인접한 램프 영역은 상기 자외의 방사선에 의해 직접적으로 가열되지 않으며, 따라서 그것의 온도는 빠르게 상승하지 않는다. 본 발명의 바람직한 구체예에서, 상기 방사선 소스는 선형의 적외선 빔이다. 선형의 적외선 빔은 두개의 비드로 된 전극 납 전선 및 배기 관상부와 같은 다수의 지역들을 동시에 밀봉할 수 있는 장점을 갖는다. 본 발명의 하나의 바람직한 구체예에서, 상기 유리 프리폼 및 밀봉 영역으로 향해진 집중된 광 빔을 모으는 다수의 선형의 적외 방사선 소스들이 동시에 사용된다. 도 8은 이러한 구체예들의 기기 설치를 개략적으로 도시한다. 도 8에서, 평평한 램프 싸개(25)는 평평한 테이블(27)의 맨 위에 놓여진다. 상기 부품(35) 및 상기 솔더 유리 프리폼(33)을 포함하는 상기 부품 어셈블리는 상기 구멍 안으로 삽입되고, 그것을 통해 상기 어셈블리는 상기 유리 싸개(25)로 밀봉 및 고착된다. 두개의 적외선 램프들(29)은 상기 솔더 유리 프리폼(33)의 양면에 선형의 적외선 빔(31)이 행하도록 하는데 사용된다. 이 설치에서, 상기 프리폼은 그것의 밀봉 온도까지 짧은 기간 내에 고르게 가열될 수 있다.

상기 램프 싸개로의 상기 부품 어셈블리의 밀봉 공정동안, 밀봉될 상기 유리 싸개 및 상기 솔더 유리 프리폼 사이의 온도 차이를 감소시키는 것이 바람직하다. 밀봉온도가 상기 램프 싸개의 기판보다 지나치게 더 높으면, 밀봉과정동안 깨질 위험이 있다. 그러므로, 상기 부품 어셈블리의 밀봉 전에 상기 램프 싸개를 예열하는것(preheating)이 바람직하다. 적용된 인광체 코팅을 포함하는 상기 램프 싸개는 상기 인광체 코팅에 안전한 더 높은 온도까지 가열되는 반면에, 예열은 오븐에서 유리하게 수행된다. 희토류 삼-인광체 코팅을 사용하는 램프에 있어서, 최소 온도 차이가 인광체 코팅을 상하지 않게 상기 밀봉 온도 및 상기 기판 온도 사이에서 얻어지기 위해서 이 온도는 600℃미만, 바람직하게는 500~585℃ 사이여야 한다. 비교적 저팽창인 보로실리케이트 유리는 상기 유리 기판을 밀봉시 덜 깨지게 하는 공정동안 이점을 나타낸다. 프로그램화된 온도 프로파일을 가진 오븐은 밀봉 과정 및 그 후의 느린 냉각 공정들에 있어서 유리하게 사용된다.

다음의 실시예는 본 발명을 한층 더 설명한다. 다음의 실시예는 단지 설명을 위한 것이고 어떠한 면에서든 상기 청구된 발명을 한정하는 것을 의미하지 않는다는 것은 이해되어야 할 것이다.

이 예에서, 도 2에서 도시된 것과 같이 비드로 된 전극 납-솔더 유리 프리폼 어셈블리는 준비되었고 한-조각 보로실리케이트 유리 평평한 패널 램프 싸개에 밀봉되었다.

0에서 300℃까지의 대략의 CTE 35×10^-7℃^-1, 대략의 선-밀봉 연화점 632℃ 및 대략의 불투명화 온도 T _d 670℃를 갖는 SEM-COM 회사, 톨레도, OH, 상품명 SCC-7 로부터 불투명화하는 솔더 유리 파워는 이 실시예에서 사용되었다. 도 1에서 도시된 것과 같이 비드로 된 납은 상기 어셈블리를 형성하는데 사용되었다. 상기 납은 꼬은 니켈 외부의 납(11), Nonex^® 솔더 유리(17)로 용접하여 밀봉된 텅스텐 중간 납(15), 및 니켈 내부 납(13)을 갖는다. 상기 비드로 된 납 전선은 PA, 헝틴턴 밸리, 프레드릭 회사로부터 시판되고 있다.

상기 솔더 유리 전력의 1.0 그램은 한방울의 에탄올과 섞이고, 압축 다이(die)안으로 채워지고 직경 12.9 mm 및 두께 3.2 mm를 갖는 녹색이 도는 원통형의 프리폼을 생산하기 위해 디스크 안으로 압축되었다. 상기 프리폼은 30분동안 590℃에서 미리 소결되었다. 그후에, 구멍은 도 1에서 보여진 상기 납 전선의 비드(17)를 매달기에 충분한 크기를 갖는 디스크의 중앙에 뚫렸다. 그후에 상기 비드로 된 납 전선은 구멍 안으로 삽입되고 상기 비드(17)가 디스크 안에서 중심에 오도록 하기 위한 방법에 놓여졌다. 그후에 얻어진 어셈블리는 30분동안 620℃에서 소결되었고, 그에 따라 상기 비드(17)는 치밀한 용접 밀봉을 형성하지 않을지라도 상기 디스크에 결합된다. 그후에 전극은 내부의 납(13)으로 밀착(weld)된다. 따라서 전극-솔더 유리 프리폼 어셈블리는 완성되었다.

이 실시예에서 사용된 상기 유리 램프 싸개는 미국특허 번호 제6,301,932호에 기술된 방법을 사용하여 제조되었고, 한-조각 설계를 가졌다. 희토류 삼-인광체 코팅은 상기 램프 싸개의 방전 채널의 내부의 벽에 적용되었다. 상기 램프 싸개의 유리는 상기 배치 물질로부터 계산된 산소 기준 중량에 의해, 77.4%의 SiO₂, 15.4%의 B₂O₃, 1.9%의 Al₂O₃ 및 5.3%의 Na₂O로 필수적으로 구성되는 부품을 가졌고, 0에서 300℃까지의 대략 38×10^-7℃^-1의 CTE를 가졌다. 약 6 mm의 반경을 갖는 세개의 구멍들이 뚫렸고 전극 및/또는 관상부로 밀봉되었다. 상기 램프 싸개는 오븐 안에 놓여지고 상기 전극 어셈블리의 밀봉전에 약 580℃까지 예열되었다.

위에서 준비된 상기 전극-솔더 유리 프리폼 어셈블리는 게터들이 방전 채널 안으로 놓여진 후에 상기 예열된 램프 싸개의 구멍들 중 하나로 삽입되었다. 상기 솔더 유리 프리폼은 상기 구멍의 중앙에 납 전선을 가진 상기 구멍의 맨위에 놓여졌다. 적외의 방사선은 상기 프리폼을 5분안에 약 800~900℃까지 가열하기 위해 상기 솔더 유리에 적용되었다. 그 결과로 연화되고 불투명해진 상기 솔더 유리 프리폼 및 용접한 밀봉이 얻어졌다. 그 다음으로, 상기 램프 싸개는 실온으로 천천히 냉각되었다. 추후의(further) 테스트는 상기 밀봉이 용접이며, 상기 인광체 코팅 및 게터는 상기 밀봉 때문에 파괴되지 않았다는 것을 보여주었다. 상기 램프 싸개에서 어떤 깨짐도 관찰되지 않았다. XRD 및 SEM 마이크로그래픽 조사는 상기 솔더 유리에서 원하는 유리/결정 상들이 적외선 가열을 사용하여 3분안에 달성될 수 있다는 것을 보여주었다.

다양한 변형과 변경이 본 발명의 영역과 사상에서 벗어나지 않고 본 발명에 대해 만들어질 수 있다는 것은 당업계의 당업자들에게 자명할 것이다. 따라서, 본 발명은 첨부된 청구항 및 그것들의 동일한 것들의 영역안에서 제공된 변형 및 변화를 포함하고자 한다.

Claims

i) 램프 싸개로 밀봉된 부품 및 상기 유리 램프 싸개에 용접하여 밀봉되고 고착된 상기 부품의 부분에 봉합되어 결합된 적외선 흡수 솔더 유리 프리폼을 포함하는 부품 어셈블리를 제공하는 단계, 여기서 상기 프리폼의 솔더 유리는 500℃ 이상의 선-밀봉 연화점 T _s , C ₁ ±10 ×10^-7℃^-1범위에서 0 부터 300℃까지의 후-밀봉 CTE C ₂ 를 갖으며, 선-밀봉 연화점 T _s 이상의 온도로 가열시 상기 램프 싸개로 상기 부품의 용접한 밀봉을 형성할 수 있음;

ii) 상기 부품이 상기 램프 싸개에 밀봉하고 고착되는 램프 싸개의 구멍에 상기 부품 어셈블리를 부착시키는 단계;

iii) 상기 솔더 유리 프리폼을 용접한 밀봉이 수행되도록 상기 솔더 유리의 선-밀봉 연화점 T _s 보다 더 높은 온도로 적외의 방사선을 사용하여 국소적으로 가열시키는 단계;

를 포함하는 것을 특징으로 하는 0에서 300℃까지의 CTE C ₁ 을 갖는 유리로 만들어진 광 장치의 램프 싸개에 부품을 용접하여 밀봉시키는 공정.
제 1항에 있어서, 상기 유리 싸개는 0 에서 300℃까지 30~45×10^-7℃^-1의 범위에 있는 CTE C ₁ 을 갖는 보로실리케이트 유리로 만들어지고, 인광체 코팅이 밀봉전에 상기 유리 싸개에 적용되는 것을 특징으로 하는 공정.
제 2항에 있어서, 상기 솔더 유리 프리폼은 CuO 및/또는 Fe₂O₃를 함유하는 B₂O₃-SiO₂-PbO-ZnO 유리로 필수적으로 구성되며 550~700℃의 범위에 있는 선-밀봉 연화점 T _S , 32~40×10^-7℃^-1범위에 있는 0에서 300℃까지의 후-밀봉 CTE C ₂ 및 630~750℃의 범위에 있는 불투명화 온도 T _d 를 갖는 불투명화 솔더 유리로부터 형성되는 것을 특징으로 하는 공정.
제 3항에 있어서, 상기 솔더 유리 프리폼은 산소 기준 중량%에 의해, 0~2%의 Al₂O₃, 15~25%의 B₂O₃, 1~5%의 CuO, 0~5%의 Fe₂O₃, 0~7%의 PbO, 10~16%의 SiO₂ 및 55~65%의 ZnO로 필수적으로 구성되며 600~650℃의 범위에 있는 선-밀봉 연화점 T _S , 34~38×10^-7℃^-1범위에 있는 0에서 300℃까지의 후-밀봉 CTE C ₂ 및 650~700℃의 범위에 있는 불투명화 온도 T _d 를 갖는 솔더 유리로부터 형성되는 것을 특징으로 하는 공정.
제 1항에 있어서, 상기 유리 싸개는 상기 유리 배치로부터 계산된 산소 기준 중량%에 따라 77.4%의 SiO₂, 15.4%의 B₂O₃, 1.9%의 Al₂O₃ 및 5.3%의 Na₂O의 조성을 갖는 보로실리케이트 유리로 만들어지고, 0에서 300℃까지의 대략 38×10^-7℃^-1의 CTE를 갖는 것을 특징으로 하는 공정.
제 2항에 있어서, 상기 유리 싸개는 단계(iii) 전에 600℃ 미만의 온도로 예열되는 것을 특징으로 하는 공정.
제 6항에 있어서, 상기 유리 싸개는 단계(iii) 전에 550~585℃ 사이의 온도로 예열되는 것을 특징으로 하는 공정.
제 1항에 있어서, 상기 유리 싸개에 밀봉되고 고착된 상기 부품은 비드로 된 전극 납 전선인 것을 특징으로 하는 공정.
제 8항에 있어서, 상기 비드로 된 전극 납 전선은 내부의 납, 외부의 납 및 중간의 납을 갖으며, 상기 중간납은 용접하여 밀봉된 솔더 유리 비드를 갖는 것을 특징으로 하는 공정.
제 9항에 있어서, 상기 비드로 된 납 전선의 솔더 유리 비드는 상기 솔더 유리 프리폼의 선-밀봉 연화 온도 T _s 미만의 온도에서 소결시킴으로써 상기 솔더 유리폼에 결합되어 부착되는 것을 특징으로 하는 공정.
제 10항에 있어서, 상기 솔더 유리 프리폼은 상기 솔더 유리 프리폼 비드로 된 전극 전선 어셈블리가 상기 램프 싸개에 밀봉되어 고착되는 유리 싸개의 구멍에 의해 직접 수용할 수 있는 형상 또는 구멍을 덮을 수 있는 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 공정.
제 11항에 있어서, 상기 납 전선을 봉합한 상기 솔더 유리 프리폼은 서로 다른 횡단 크기를 갖는, 두개의 통합된 부분 P ₁ 및 P ₂ 로 구성되며, 여기서 P ₁ 은 상기 부품 어셈블리가 밀봉되고 고착되는 램프 싸개의 구멍에 의해 수용가능한 더 작은 횡단 크기를 갖으며, P ₂ 는 P ₁ 이 삽입되고 구멍에 의해 수용될 때 상기 구멍을 덮을 수 있는 더 큰 횡단 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 공정.
제 2항에 있어서, 상기 밀봉되고 고착된 부품은 C ₁ ±10×10^-7℃^-1의 범위에 있는 CTE C ₃ 를 갖는 보로실리케이트 유리 관상부인 것을 특징으로 하는 공정.
제 13항에 있어서, 상기 관상부는 상기 프리폼의 솔더 유리의 선-밀봉 연화 온도 T _s 미만의 온도에서 소결시킴으로써 상기 솔더 유리 프리폼에 결합되는 것을 특징으로 하는 공정.
제 14항에 있어서, 상기 솔더 유리 프리폼에 의해서 봉합된 상기 부품은 배기 관상부로서 상기 램프 싸개에 고착되는 것을 특징으로 하는 공정.
제 14항에 있어서, 상기 관상부를 봉합한 상기 솔더 유리 프리폼은 상기 부품 어셈블리가 밀봉되고 고착되는 램프 싸개의 구멍에 의해 수용될 수 있는 형상 또는 상기 구멍을 덮을 수 있는 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 공정.
제 14항에 있어서, 상기 관상부를 봉합한 상기 솔더 유리 프리폼은 서로 다른 횡단 크기를 갖는, 두개의 통합된 부분 P ₁ 및 P ₂ 로 구성되며, 여기서 P ₁ 은 상기 부품 어셈블리가 밀봉되고 고착되는 램프 싸개의 구멍에 의해 수용가능한 더 작은 횡단 크기를 갖으며, P ₂ 는 P ₁ 이 삽입되고 구멍에 의해 수용될 때 상기 구멍을 덮을 수 있는 더 큰 횡단 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 공정.
제 16 또는 제 17항에 있어서, 상기 램프 싸개에 밀봉되고 고착된 상기 부품 어셈블리는 상기 관상부 안쪽에 위치한 비드로 된 전극 납 전선을 더욱 포함하며, 상기 비드로 된 납 전선 및 상기 관상부는 상기 관상부의 앞선 또는 추후의 가열시, 용접 밀봉이 상기 어셈블리가 밀봉되어 고착된 상기 유리 싸개에 실질적인 가열을 야기하지 않고 상기 비드로 된 납 전선 및 상기 관상부 사이에서 수행되도록 선택되고 위치되는 것을 특징으로 하는 공정.
제 1항에 있어서, 상기 단계(iii)에서 가열 시간은 5분 미만인 것을 특징으로 하는 공정.
제 19항에 있어서, 상기 단계(ii)에서 가열 시간은 3분 미만인 것을 특징으로 하는 공정.
제 20항에 있어서, 상기 단계(iii)에서 가열 시간은 1분 미만인 것을 특징으로 하는 공정.
제 19항에 있어서, 상기 적외의 방사선 소스는 선형의 집중된 광 빔인 것을 특징으로 하는 공정.
제 22항에 있어서, 다수의 적외의 방사선 소스들이 상기 솔더 유리 프리폼에 집중되는 다수의 선형의 광 빔을 제공하기 위해서 사용되는 것을 특징으로 하는 공정.