KR20060003164A - 평판형 형광램프 - Google Patents

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박형빈
김영모
장상훈
하타나카히데카주
손승현
김기영
이성의
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Abstract

본 발명에서는, 향상된 색순도를 갖는 색성분을 갖는 백색광을 발광할 수 있는, 그리고/또는, 향상된 휘도 및 향상된 휘도의 균일도를 갖는 백색광을 제공할 수 있는 평판형 형광램프를 제공한다. 본 발명에서 제공하는 평판형 형광램프는, 서로 이격되게 배치되어 그 사이에 방전공간을 형성하는 전면기판 및 후면기판; 상기 방전공간을 채우는 방전가스로서, 가스방전에 의하여 260 nm 이하의 파장을 갖는 제1 자외선을 방출하는 방전가스; 상기 방전가스의 가스방전을 유도하기 위한 적어도 한 쌍의 전극; 상기 후면기판의 내면 위에 위치하며, 상기 제1 자외선에 의하여 여기되어 상기 제1 자외선 보다 긴 파장을 가지며 200 내지 400 nm 범위의 파장을 갖는 제2 자외선을 발광하는 형광체를 함유하는 제2 형광체층; 및 상기 전면기판의 내면 위에 위치하며, 상기 제1 자외선 및 상기 제2 자외선에 의하여 여기되어 가시광선을 방사하는 형광체를 함유하는 제1 형광체층을 포함한다. 본 발명에서는 또한, 진공자외선에 의하여 여기되어 자외선을 발광하는 새로운 UV 발광 형광체를 제공한다.

Description

평판형 형광램프{Flat fluorescent lamp}
도 1은 종래의 평판형 형광램프의 일예의 단면을 보여주는 도면이다.
도 2와 도 3은, 본 발명의 평판램프의 구현예를 보여주는 도면이다.
도 4는 본 발명에서 제공하는 자외선발광 형광체의 XRD 분석결과이다.
도 5는 도 4의 형광체의 발광특성을 보여주는 그래프이다.
도 6은 본 발명에서 제공하는 다른 자외선발광 형광체의 XRD 분석결과이다.
도 7은 도 6의 형광체의 발광특성을 보여주는 그래프이다.
도 8은 본 발명에서 제공하는 또 다른 자외선발광 형광체의 XRD 분석결과이다.
도 9는 도 8의 형광체의 발광특성을 보여주는 그래프이다.
도 10은 본 발명의 일 구현예에 사용된 적색 형광체와 비교예에서 사용된 적색 형광체의 발광특성을 보여주는 그래프이다.
도 11은 본 발명의 일 구현예에 사용된 녹색 형광체와 비교예에서 사용된 녹색 형광체의 발광특성을 보여주는 그래프이다.
도 12는 본 발명의 일 구현예에 사용된 청색 형광체와 비교예에서 사용된 청색 형광체의 발광특성을 보여주는 그래프이다.
도 13은 본 발명의 일 구현예의 색순도와 비교예의 색순도를 보여주는 그래 프이다.
본 발명은 형광램프에 관한 것이며, 더욱 상세하게는 평판형 형광램프에 관한 것이다.
평판형 형광램프의 대표적인 용도는 액정표시장치(LCD : liquid crystal display)의 백라이트(back light)이다.
LCD의 액정패널 자체는 발광능력을 갖고 있지 않으므로, LCD는, 화상의 표시를 위하여, 별도의 광원을 필요로 한다. 따라서, LCD는 일반적으로 액정패널, 구동회로부 및 광원을 포함한다.
초기의 LCD에 있어서는, LCD의 전방 또는 측방에 설치된 작은 램프를 광원으로서 사용하였다. 그러나, LCD의 대면적화및 LCD 화상의 고품질화가 요구됨에 따라, 액정패널의 후방에 설치되어 액정패널의 전면에 고르게 빛을 공급할 수 있는 백라이트 방식이 널리 사용되고 있다. 백라이트는, 바람직하게는, LCD의 전면에 고휘도의 백색광을 균일하게 공급할 수 있어야 한다.
잘 알려져 있는 바와 같이, 형광램프는 수명이 길고 소비전력이 작다. 따라서, 평판형으로 구현된 형광램프는 LCD의 백라이트로서 매우 유리하게 사용될 수 있다. 평판형 형광램프는, 전극배치에 따라서, 대향 방전형, 면 방전형, 또는 이들의 다양한 조합형 등으로 구분될 수 있다.
도 1은 종래의 평판형 형광램프의 일예의 단면을 보여주고 있다. 도 1의 평판형 형광램프는 면 방전형이다. 도 1에서, 전면기판(20)과 후면기판(10)이 스페이서(14)에 의해 이격되어 있다. 전면기판(20)과 후면기판(10) 사이의 공간은 방전공간(50)을 형성한다. 방전공간(50)에는 방전가스가 충진되어 있다. 방전가스로서는, 예를 들면, 아르곤, 네온, 크세논, 또는 이들의 혼합가스가 사용된다. 전면기판(20)의 하부 표면과 후면기판(10)의 상부 표면에는 형광체층(30)이 부착되어 있다. 스페이서(14)의 측면에도 형광체층(30)이 부착될 수 있다. 전면기판(20)의 상부 표면에는 제1 및 제2 상부전극(22a, 22b)이 배치되어 있다. 후면기판(10)의 하부 표면에는 제1 및 제2 하부전극(12a, 12b)이 배치되어 있다. 제1 상부전극(22a)과 제1 하부전극(12a)에는 같은 전위가 인가되며, 그에 따라 이들 상호간에는 방전이 유도되지 않는다. 마찬가지로, 제2 상부전극(22b)과 제2 하부전극(12b)에는 같은 전위가 인가되며, 그에 따라 이들 상호간에도 방전이 유도되지 않는다. 그러나, 제1 상부전극(22a)과 제2 상부전극(22b)의 사이에는 전위차가 존재한다. 또한, 제1 하부전극(22a)과 제2 하부전극(22b)의 사이에도 전위차가 존재한다. 따라서, 방전은 제1 상부전극과 제2 상부전극의 사이, 그리고 제1 하부전극과 제2 하부전극의 사이에서, 전면기판 및 후면기판과 평행한 방향으로 유도된다.
이러한 방식으로 유도되는 방전에 의하여 방전가스가 여기되고, 여기된 방전가스는 진공자외선을 방출한다. 진공자외선은 다시 형광체층(30)을 여기시키고, 여기된 형광체층은 가시광선을 방출한다. 가시광선은 투명한 전면기판(20)을 통하여 방출된다. 형광체층(30)은 일반적으로, 진공자외선에 의하여 여기되어 적색광을 방 출하는 형광체, 진공자외선에 의하여 여기되어 녹색광을 방출하는 형광체 및 진공자외선에 의하여 여기되어 청색광을 방출하는 형광체의 혼합물이다. 따라서, 전면기판(20)을 통하여 방출되는 가시광선은 백색광이다.
주목할 점은, LCD의 색순도는 백라이트에서 방출되는 백색광의 품질에 의하여 매우 큰 영향을 받는다는 것이다. 즉, 액정패널의 컬러필터를 통과하는 빛의 색순도는, 백라이트에서 방출되는 백색광을 구성하는 성분색(적, 녹, 청)의 색순도에 의하여 제한된다.
종래의 평판형 형광램프에 있어서, 형광체층(30)에 포함되어 있는 적, 녹, 청의 형광체들은 진공자외선에 의하여 여기되는 것들이다. 예를 들면, 적색형광체로서는 (Y, Gd)BO3:Eu, 녹색형광체로서는 LaPO4:(Ce, Tb), 청색형광체로서는 BaMgAl10O17:Eu 가 사용되었다. 일반적인 인식에 의하면, 이들 형광체가 진공자외선에 의하여 여기되어 방출하는 가시광선의 적, 녹, 청의 색순도는 썩 훌륭하지 않다.
따라서, 향상된 색순도를 갖는 색성분을 갖는 빛을 발광할 수 있는 평판형 형광램프는 여전히 요구되고 있다.
도 1과 같은 평판형 형광램프에 있어서, 주목할 또 다른 점은, 후면기판(10)의 상부표면에 부착되어 있는 형광체층의 부분에서 발광되는 가시광선은, 전면기판(10)의 하부표면에 부착되어 있는 형광체층을 투과하면서, 약해진다는 것이다. 따라서, 후면기판(10)의 상부표면에 부착되어 있는 형광체층의 겉보기 발광효율은, 전면기판(10)의 하부표면에 부착되어 있는 형광체층의 그것과 비교하여, 나쁘다. 이러한 점은, 평판형 형광램프의 휘도를 저하시키는 요인이 된다. 이러한 점을 해결하기 위하여, 전면기판(10)의 하부표면에 부착되어 있는 형광체층을 매우 얇게 형성시킬 수 있다. 그러나, 형광체층의 두께가 얇아질 수록, 형광체층의 두께의 균일성의 확보는 점점 더 어려워진다. 형광체층의 두께의 균일성이 저하되면, 평판형 형광램프의 전면적에 걸쳐서 방출되는 가시광선의 휘도의 균일도는 저하된다.
US 6,559,598 B2호는 UV발광층을 포함하는 플라즈마 화상표시장치를 개시하고 있다. 이 문헌에서 개시하는 플라즈마 화상표시장치에서는, 적색, 녹색, 청색 발광 형광체 패턴이 후면기판의 상부표면에 배치되어 있다. 따라서, 전면기판쪽으로 향하는 진공자외선은 가시광선의 발광에 기여하지 못한다. 이 문헌에서 제안하는 바에 의하면, 진공자외선(VUV)에 의하여 여기되어 자외선(UV)을 발광하는 UV발광층을 전면기판의 하부표면에 배치하므로써, 전면기판쪽으로 향하는 진공자외선을 자외선으로 변환한 후, 자외선을 후면기판 쪽으로 방출시킨다. 이 자외선은 후면기판의 상부표면에 위치하는 적색, 녹색, 청색 발광 형광체의 여기에 기여한다. 결국, 후면기판의 상부표면에 위치하는 적색, 녹색, 청색 발광 형광체는, 후면기판 쪽으로 향하는 진공자외선과, 전면기판의 UV발광층으로부터 방출되는 자외선에 의하여 여기되므로, 향상된 휘도를 발휘할 수 있다.
그러나, US 6,559,598 B2호에 개시된 플라즈마 화상표시장치의 구조는, 평판형 형광램프에 적용될 수 없다. 그 이유는, US 6,559,598 B2호의 플라즈마 화상표시장치에 있어서는, 가시광선을 발광하는 형광체층이 후면기판에 배치되기 때문이 다. 이러한 구조가 평판형 형광램프에 적용되면, 휘도의 심각한 저하가 발생할 수 있다.
따라서, 향상된 휘도 및 향상된 휘도의 균일도를 갖는 가시광선을 제공할 수 있는 개선된 평판형 형광램프가 여전히 요구되고 있다.
본 발명에서는, 향상된 색순도를 갖는 색성분을 갖는 백색광을 발광할 수 있는, 그리고/또는, 향상된 휘도 및 향상된 휘도의 균일도를 갖는 백색광을 제공할 수 있는 평판형 형광램프를 제공한다.
본 발명에서는 또한, 진공자외선에 의하여 여기되어 자외선을 발광하는 새로운 UV 발광 형광체를 제공한다.
본 발명에서 제공하는 평판형 형광램프는,
서로 이격되게 배치되어 그 사이에 방전공간을 형성하는 전면기판 및 후면기판;
상기 방전공간을 채우는 방전가스로서, 가스방전에 의하여 260 nm 이하의 파장을 갖는 제1 자외선을 방출하는 방전가스;
상기 방전가스의 가스방전을 유도하기 위한 적어도 한 쌍의 전극;
상기 후면기판의 내면 위에 위치하며, 상기 제1 자외선에 의하여 여기되어 상기 제1 자외선 보다 긴 파장을 가지며 200 내지 400 nm 범위의 파장을 갖는 제2 자외선을 발광하는 형광체를 함유하는 제2 형광체층; 및
상기 전면기판의 내면 위에 위치하며, 상기 제1 자외선 및 상기 제2 자외선에 의하여 여기되어 가시광선을 방사하는 형광체를 함유하는 제1 형광체층을 포함한다.
일반적으로, 진공자외선이라 함은 약 200 nm 이하의 파장을 갖는 광선을 지칭하며, 자외선이라 함은 약 200 내지 380 nm 범위의 파장을 갖는 광선을 지칭한다. 그러나, 본 발명에 있어서는 제1 자외선 및 제2 자외선이라는 용어를 사용한다. (진공자외선과 유사한 파장범위를 갖는) 본 발명의 제1 자외선은 약 260 nm 이하의 파장을 갖는다. (자외선과 유사한 파장범위를 갖는) 본 발명의 제2 자외선은 약 200 nm 내지 약 400 nm 범위의 파장을 갖는 광선을 지칭한다. 그리고, 본 발명에서 사용되는 제2 자외선은 제1 자외선 보다 긴 파장을 갖는다.
본 발명의 평판형 형광램프에 있어서, 방전공간에서 발생된 제1 자외선 중 후면기판 쪽으로 향하는 부분은, 제2 형광체층에 입사되어 제2 자외선으로 전환된다. 이렇게 전환된 제2 자외선은 전면기판 쪽으로 방사되어, 제1 형광체층으로 입사된다. 물론, 방전공간에서 발생된 제1 자외선 중 전면기판 쪽으로 향하는 부분은 제1 형광체층으로 직접 입사된다. 따라서, 이 구현예의 평판램프에서 제공되는 가시광선은, 제1 자외선 및 제2 자외선에 의하여 여기되는 오직 제1 형광체층으로부터 발생된다.
이러한 배치형식(configuration)으로부터 얻을 수 있는 장점은, 방전공간에서 발생된 제1 자외선 중 후면기판 쪽으로 향하는 부분에 의한 가시광선 발광 효율이, 종래의 평판램프에서 보다, 높다는 것이다. 앞에서 설명한 바와 같이, 종래의 평판램프에서는, 방전공간에서 발생된 제1 자외선 (또는 진공자외선) 중 후면기판 쪽으로 향하는 부분이 후면기판에 배치되어 있는 가시광선 발광 형광체를 여기시키고, 후면기판의 형광체로부터 발광된 가시광선은 전면기판에 배치되어 있는 형광체층을 투과한 후, 형광램프의 밖으로 방사된다. 주목할 점은, 후면기판의 형광체로부터 발광된 가시광선은 전면기판에 배치되어 있는 형광체층을 투과할 때, 상기 가시광선의 일 부분이 상기 전면기판의 형광체층에 흡수된다는 것이다. 그러나, 본 발명의 평판램프에서는, 평판램프 밖으로 방사되는 가시광선은 모두 전면기판에 배치되어 있는 제1 형광체층으로부터 발생된다. 따라서, 본 발명의 평판램프에 있어서는, 종래기술에서 발생하는 그러한 가시광선 흡수현상이 발생하지 않는다. 결과적으로, 본 발명의 평판램프는 향상된 가시광선 방사 효율을 가지며, 그에 따라, 향상된 휘도를 발휘할 수 있다.
본 발명의 평판램프로부터 얻을 수 있는 또 다른 장점은, 전면기판의 내면에, 더욱 두꺼운 두께를 갖는 제1 형광체층을 배치할 수 있으며, 그에 따라, 제1 형광체층의 두께의 균일도를 더욱 향상시킬 수 있으며, 결과적으로, 본 발명의 평판램프로부터 방사되는 가시광선의, 평판램프의 전면의 전체 면적에 걸친, 균일도가 더욱 향상될 수 있다는 것이다. 종래의 평판램프에서는, 후면기판의 형광체에서 발생한 가시광선이 전면기판의 형광체층을 잘 투과하도록 하기 위하여, 전면기판의 형광체층의 두께를 최소화시키는 것이 일반적이었다. 코팅기술의 한계로 인하여, 형광체층의 두께의 최소화와 형광체층 두께의 균일성은 트레이드오뿌(trade-off) 관계에 있다는 것이 일반적인 인식이다. 형광체층의 두께를 최소화 하게되면, 자연 히, 형광체층의 두께의 균일성을 저하되고, 그에 따라, 평판램프의 전면으로부터 방사되는 가시광선의, 평판램프의 전면의 전체 면적에 걸친, 균일도는 저하된다. 그러나, 본 발명의 평판램프에 있어서는, 가시광선이 전면기판의 제1 형광체층으로부터만 방사되기 때문에, 제1 형광체층의 두께를 최소화시킬 필요성이 없다. 본 발명의 평판램프에서는, 적절한 두께를 가지며, 그에 따라, 우수한 두께의 균일성을 갖는 제1 형광체층을 매우 용이하게 실현시킬 수 있다.
본 발명의 평판램프로부터 얻을 수 있는 또 다른 장점은, 제1 자외선 및 제2 자외선에 의하여 여기된 상기 형광체가 발산하는 가시광선의 적색, 녹색 또는 청색 성분의 색순도가, 종래의 평판램프에서와 같이 진공자외선에 의해서만 여기되는 형광체가 발산하는 가시광선의 적색, 녹색 또는 청색 성분의 색순도 보다, 더욱 우수하다는 것이다. 따라서, 본 발명의 평판램프를 LCD의 백라이트로서 적용한 경우에, LCD의 액정패널의 컬러필터를 통과하는 빛의 색순도 역시 매우 향상될 수 있다.
이하에서는, 본 발명의 평판램프를 더욱 상세히 설명한다.
본 발명의 평판형 형광램프는,
서로 이격되게 배치되어 그 사이에 방전공간을 형성하는 전면기판 및 후면기판;
상기 방전공간을 채우는 방전가스로서, 가스방전에 의하여 260 nm 이하의 파장을 갖는 제1 자외선을 방출하는 방전가스;
상기 방전가스의 가스방전을 유도하기 위한 적어도 한 쌍의 전극;
상기 후면기판의 내면 위에 위치하며, 상기 제1 자외선에 의하여 여기되어 상기 제1 자외선 보다 긴 파장을 가지며 200 내지 400 nm 범위의 파장을 갖는 제2 자외선을 발광하는 형광체를 함유하는 제2 형광체층; 및
상기 전면기판의 내면 위에 위치하며, 상기 제1 자외선 및 상기 제2 자외선에 의하여 여기되어 가시광선을 방사하는 형광체를 함유하는 제1 형광체층을 포함한다.
본 발명의 평판램프에 있어서, 전면기판과 후면기판은 소정의 거리 만큼 서로 이격되어 있다. 그리하여, 전면기판과 후면기판의 사이에는 공간이 형성되어 있고, 그 공간에는 방전가스가 채워져 있다. 방전가스로서는, 예를 들면, He, Ne, Xe, Kr, Hg 또는 이들의 혼합물 등이 사용될 수 있다.
이러한 방전가스의 가스방전에 의하여 발생되는 제1 자외선은 약 260 nm 이하의 파장을 가질 수 있다. 예를 들어, Xe와 He 또는 Ne 의 혼합개스(예를 들면, Xe 함량 약 30% 또는 그 이상)를 방전가스로 사용하는 경우에, 가스방전에 의하여 발생되는 제1 자외선은 약 172 nm 의 파장을 갖는다. 예를 들어, Hg와 비활성가스(He 또는 Ne)의 혼합개스(예를 들면, Hg 함량은 4-피트 형광램프에서 수 mg)를 방전가스로 사용하는 경우에, 가스방전에 의하여 발생되는 제1 자외선은 약 254 nm의 파장을 갖는다.
본 발명의 평판램프에 있어서, 전면기판으로서는, 비제한적인 예를 들면, 유리판이 사용될 수 있다. 전면기판은 대향하는 두 면을 갖는다. 그 두 면 중 외부에 노출된 면을 외면이라고 부르며, 후면기판과 대향하는 면을 내면이라고 부른다. 전 면기판의 내면 위에는, 제1 형광체층이 부착되어 있다.
제1 형광체층은, 제1 자외선 및 제2 자외선에 의하여 여기되어 가시광선을 방사하는 형광체를 함유하고 있다. 제1 형광체층의 형광체는, 제1 자외선 및 제2 자외선에 의하여 여기되어 적색광을 발광하는 형광체, 제1 자외선 및 제2 자외선에 의하여 여기되어 녹색광을 발광하는 형광체, 제1 자외선 및 제2 자외선에 의하여 여기되어 청색광을 발광하는 형광체, 또는 이들의 혼합물일 수 있다. 제1 형광체층의 형광체가, 제1 자외선 및 제2 자외선에 의하여 여기되어 적색광을 발광하는 형광체, 제1 자외선 및 제2 자외선에 의하여 여기되어 녹색광을 발광하는 형광체 및 제1 자외선 및 제2 자외선에 의하여 여기되어 청색광을 발광하는 형광체의 혼합물인 경우에, 그 혼합비가 적정하면, 제1 형광체층으로부터 방사되는 빛은 백색광일 수 있다. 특히, 제1 형광체층이 백색광을 방사하는 경우에, 본 발명의 평판램프는 LCD의 백라이트와 같은 백색광을 요구하는 분야에 유리하게 적용될 수 있다.
제1 자외선 및 제2 자외선에 의하여 여기되어 적색광을 발광하는 형광체로서는, 예를 들면, Y(P,V)O4:Eu, YVO4:Eu, Y2O2S:Eu, 등이 있다. 이들 형광체는 단독으로 또는 조합으로 사용될 수 있다. 이들 형광체는 공지되었거나 상업적으로 입수가능하다.
제1 자외선 및 제2 자외선에 의하여 여기되어 녹색광을 발광하는 형광체로서는, 예를 들면, BaMg10O17:(Eu,Mn), BaMgAl14O23:(Eu,Mn), BaMg 2Al16O27:(Eu,Mn), (Y,Gd)BO3:(Ce,Tb), SrAl2O4:Eu, 등이 있다. 이들 형광체는 단독으로 또는 조합으로 사용될 수 있다. 이들 형광체는 공지되었거나 상업적으로 입수가능하다.
제1 자외선 및 제2 자외선에 의하여 여기되어 청색광을 발광하는 형광체로서는, 예를 들면, BaMg10O17:Eu, BaMgAl14O23:Eu, BaMg 2Al16O27:Eu, 등이 있다. 이들 형광체는 단독으로 또는 조합으로 사용될 수 있다. 이들 형광체는 공지되었거나 상업적으로 입수가능하다.
본 발명의 평판램프에 있어서, 후면기판으로서는, 비제한적인 예를 들면, Al2O3와 같은 UV반사층을 갖는 유리판 등이 사용될 수 있다. 후면기판은 대향하는 두 면을 갖는다. 그 두 면 중 외부에 노출된 면을 외면이라고 부르며, 전면기판과 대향하는 면을 내면이라고 부른다. 후면기판의 내면 위에는, 제2 형광체층이 부착되어 있다.
제2 형광체층은 제1 자외선에 의하여 여기되어 제2 자외선을 발광하는 형광체를 함유하고 있다. 진공자외선에 의하여 여기되어 자외선을 발광하는 형광체로서는, 예를 들면, YBO3:Bi, YBO3:Gd, YBO3:(Bi,Gd), YAl3(BO 3)4:Gd, LaPO4:Pr, LaPO4:(Pr,Gd), SrB4O7:Eu, YGeO5:Gd, LaPO4:Ce, LaPO4:(Ce,Gd), GdPO4:Ce, LaMgAl11O19:Ce, SrB4O7:Eu, BaSi2O5 :Pb, YMgB5O10:Ce, LaMgAl11O19:Ce, LaB3 O6:Ce, LaPO4:Ce 등이 있다. 이들 형광체는 단독으로 또는 조합으로 사용될 수 있다. 이들 형광체 중 YBO3:Bi, YBO3:(Bi,Gd) 및 LaPO4:(Pr,Gd) 이외의 것들은 공지되었거나 상업적으로 입수가능하다. YBO3:Bi, YBO3:(Bi,Gd) 및 LaPO4:(Pr,Gd) 는 본 발명에서 새롭게 제공되는 형광체로서, 뒤에서 상세히 설명한다.
예를 들어, 제1 자외선이 200 nm 이하의 파장을 갖는 경우에, 제2 자외선을 발광하는 형광체로서 더욱 바람직하게는, 예를 들면, YBO3:Bi, YBO3:Gd, YBO3:(Bi,Gd), YAl3(BO3)4:Gd, LaPO4:Pr, LaPO 4:(Pr,Gd), SrB4O7:Eu, YGeO5:Gd, LaPO4:Ce, LaPO4:(Ce,Gd), GdPO4:Ce, LaMgAl11O19 :Ce, 또는 이들의 혼합물이 사용될 수 있다. 예를 들어, 제1 자외선이 200~260 nm 범위의 파장을 갖는 경우에, 제2 자외선을 발광하는 형광체로서 더욱 바람직하게는, 예를 들면, SrB4O7:Eu, BaSi 2O5:Pb, YMgB5O10:Ce, LaMgAl11O19:Ce, LaB3O6 :Ce, LaPO4:Ce, 또는 이들의 혼합물이 사용될 수 있다.
본 발명의 평판램프는 방전가스의 가스방전을 유도하기 위한 적어도 한 쌍의 전극을 구비하고 있다. 전극의 배치형식은 특별히 제한되지 않는다. 예를 들면, 전극의 배치형식으로서는, 면방전형(coplanar arrangement), 대향방전형(matrix arrangement), 또는 이들의 다양한 조합이 사용될 수 있다. 전극의 위치는, 예를 들면, 전면기판의 내면 또는 외면, 후면기판의 내면 또는 외면, 또는 이들의 다양한 조합일 수 있다. 전극은 유전체층에 의하여 피복될 수 있다. 전극을 피복하는 유전체층은 보호층에 의하여 피복될 수 있다. 유전체층은 예를 들면, SiO2, PbO-SiO2-B2O3, 또는 ZnO-PbO-P2O5 일 수 있다. 보호층은, 예를 들면, MgO 일 수 있다.
본 발명의 평판램프에 있어서, 제1 자외선 및 제2 자외선에 의하여 여기되어 가시광선을 방사하는 형광체를 함유하는 제1 형광체층의 두께가 너무 얇으면 형광체가 자외선에 의하여 완전히 여기되지 않아서 휘도가 저할될 수 있고, 너무 두꺼우면 내측에서 방출된 가시광선의 투과가 어려울 수 있다. 전형적으로는, 제1 형광체층의 두께는 약 15 내지 약 25 ㎛ 일 수 있다. 주목할 점은, 본 발명의 평판램프의 제1 형광체층은, 휘도의 저하 없이, 두께의 균일성이 용이하게 보장될 수 있는 정도의 적절한 두께를 가질 수 있다는 것이다. 따라서, 제1 형광체층의 두께는, 더욱 바람직하게는 약 15 내지 약 20 ㎛ 일 수 있으며, 더더욱 바람직하게는 약 18 내지 약 20 ㎛ 일 수 있다.
본 발명의 평판램프에 있어서, 제1 자외선에 의하여 여기되어 제2 자외선을 발광하는 형광체를 함유하는 제2 형광체층의 두께가 너무 얇으면 형광체가 제1자외선에 의하여 완전히 여기되지 않아서 휘도가 저하될 수 있고, 너무 두꺼우면 가스방전 공간이 과도하게 협소하게 될 수 있고, 또는, 커패시턴스와 방전전압이 상승할 수 있다. 전형적으로는, 제2 형광체층의 두께는 약 50 내지 약 100 ㎛ 일 수 있다.
제1 형광체층과 제2 형광체층은, 예를 들면, 건식 코팅법 (dry coating processes) 또는 습식 코팅법 (wet coating processes)에 의하여 전면기판 및 후면기판의 내면 위에 형성될 수 있다. 건식코팅법의 예로서는, 정전기 부착법 (electrostaic deposition), 정전기 지지 더스팅법 (electrostatically supported dusting) 등이 있다. 습식코팅법의 예로서는, 침지법(dip coating), 실크스크린 프린팅법(silk-screen printing), 스핀코팅법(spin coating), 메니스커스코팅 (meniscus coating), 블레이드코팅(blade coating) 등이 있다. 습식코팅법의 경우에, 형광체는 분산액의 형태로 사용된다. 분산매로서는 물, 다양한 유기용매, 또는 이들의 혼합물이 사용될 수 있다. 형광체 분산액은 분산제, 계면활성제, 소포제, 바인더, 또는 이들의 조합을 함유할 수 있다. 바인더로서는 유기바인더 또는 무기바인더가 사용될 수 있다. 습식코팅된 형광체 분산액은 열처리 과정을 거치게 되고, 분산매, 분산제, 계면활성제, 소포제, 유기바인더 등은 제거된다. 열처리과정을 거치더라도 무기바인더는 각 형광체층에 잔류할 수 있다.
본 발명의 평판램프의 제작 방법은, 공지된 통상의 다양한 방법이 사용될 수 있으므로, 더 이상 자세히 설명하지 않는다.
이하에서는, 도면을 참조하여 본 발명의 평판램프의 구조를 구체적으로 보여주는 몇가지의 비제한적인 구현예를 설명한다.
도 2는 외부에 설치된 두 쌍의 전극을 갖는 면방전방식의 평판램프를 보여주고 있다. 전면기판(100)의 내면에는 제1 형광체층(400)이 부착되어 있고, 후면기판(200)의 내면에는 제2 형광체층(500)이 부착되어 있다. 전면기판(100)과 후면기판(200)의 사이에는 방전공간(300)이 있다. 전극(610)과 전극(620)은 전면기판(100)의 외면에 설치되어 있다. 전극(630)과 전극(640)은 후면기판(200)의 외면에 설치되어 있다. 전극(610)과 전극(630)에는 같은 전위가 인가된다. 전극(620)과 전극(640)에는 같은 전위가 인가된다. 전극(610)과 전극(620) 사이에는 전위차가 인가된다. 전극(630)과 전극(640) 사이에는 전위차가 인가된다.
도 3은 내부에 설치된 두 쌍의 전극을 갖는 면방전방식의 평판램프를 보여주 고 있다. 전면기판(100)의 내면에 제1 형광체층(400)이 부착되어 있다. 전면기판(100)과 후면기판(200)의 사이에는 방전공간(300)이 있다. 후면기판(200)의 내면 위에 제2 형광체층(500)이 부착되어 있다. 후면기판(200)과 제2 형광체층(500) 사이에는 전극(610, 620), 유전체층(800), 보호층(900)이 개재되어 있다. 유전체층(800)은 전극(610, 620)을 피복하고 있으며, 보호층(900)은 유전체층(800)을 피복하고 있다. 전극(610)과 전극(620) 사이에는 전위차가 인가된다.
도 2 및 도 3 이외에도, 본 발명의 기술적 사상의 범위에 속하는 다양한 구현예가 존재할 수 있으며, 이 들은 당업자에 의하여 용이하게 안출될 수 있을 것이다.
본 발명에서는 또한, 새로운 자외선발광 형광체를 제공한다. 본 발명에서 제공하는 자외선발광 형광체는 YBO3:Bi, YBO3:(Bi,Gd) 및 LaPO4:(Pr,Gd) 이다. 이들 형광체는 제1 자외선 영역의 광선에 의하여 효과적으로 여기되어 제2 자외선 영역의 광선을 강하게 방출한다.
제조예 1 --- YBO 3 :( Bi,Gd )
볼밀(ball mill)을 이용하여, 15.16 g의 Y2O3, 0.175 g의 Bi2O3 , 2.72 g의 Gd2O3 및 10.23 g의 H3BO3 를 혼합하였다. 이 혼합물을 500 ℃의 공기분위기에서 2 시간 동안 열처리한 다음, 1100 ℃의 공기분위기에서 4 시간 동안 열처리하였다. 이렇게 얻은 생성물을 분쇄하여 분말을 얻었다. 이 분말을 탈이온수로 5회 세척한 후, 100 ℃에서 1 일 동안 건조하였다.
이렇게 얻은 분말에 대하여, XRD 분석을 수행하였으며, 그 결과를 도 4에 나타내었다. 도 4로부터, 이 분말이 (Y0.895Gd0.1Bi0.005)BO3 임을 알 수 있다.
(Y0.895Gd0.1Bi0.005)BO3 의 발광특성을, 광원으로서 Xe 엑시머 램프를 사용하는 스펙트로포토미터(spectrophotometer)를 이용하여 분석하였으며, 그 결과를 도 5에 나타내었다. 도 5에 나타난 바와 같이, (Y0.895Gd0.1Bi0.005)BO3 는, 16 mtorr의 진공하에서 172 nm 의 파장을 갖는 광선에 의하여 효과적으로 여기되어 313 nm 의 파장을 갖는 자외선을 강하게 발광한다.
제조예 2 --- YBO 3 :Bi
볼밀을 이용하여, 16.85 g의 Y2O3, 0.175 g의 Bi2O3 및 10.23 g의 H3BO3 를 혼합하였다. 이 혼합물을 500 ℃의 공기분위기에서 2 시간 동안 열처리한 다음, 1100 ℃의 공기분위기에서 4 시간 동안 열처리하였다. 이렇게 얻은 생성물을 분쇄하여 분말을 얻었다. 이 분말을 탈이온수로 5회 세척한 후, 100 ℃에서 1 일 동안 건조하였다.
이렇게 얻은 분말에 대하여, XRD 분석을 수행하였으며, 그 결과를 도 6에 나타내었다. 도 6으로부터, 이 분말이 (Y0.995Bi0.005)BO3 임을 알 수 있다.
(Y0.995Bi0.005)BO3 의 발광특성을, 광원으로서 Xe 엑시머 램프를 사용하는 스펙트로포토미터를 이용하여 분석하였으며, 그 결과를 도 7에 나타내었다. 도 7에 나 타난 바와 같이, YBO3:Bi 는, 16 mtorr의 진공하에서, 172 nm 의 파장 범위를 갖는 광선에 의하여 효과적으로 여기되어 313 nm 의 파장을 갖는 자외선을 강하게 발광할 수 있다.
제조예 3 --- LaPO 4 :( Pr,Gd )
볼밀을 이용하여, 14.34 g의 La2O3, 1.82 g의 Gd2O3, 0.87 g의 Pr(NO3)3.6H2O 및 11.5 g의 NH4H2PO4 를 혼합하였다. 이 혼합물을 500 ℃의 공기분위기에서 2 시간 동안 열처리한 다음, 1100 ℃의 공기분위기에서 4 시간 동안 열처리하였다. 이렇게 얻은 생성물을 분쇄하여 분말을 얻었다. 이 분말을 탈이온수로 5회 세척한 후, 100 ℃에서 1 일 동안 건조하였다.
이렇게 얻은 분말에 대하여, XRD 분석을 수행하였으며, 그 결과를 도 8에 나타내었다. 도 8로부터, 이 분말이 (La0.88Pr0.02Gd0.1)PO4 임을 알 수 있다.
(La0.88Pr0.02Gd0.1)PO4 의 발광특성을, 광원으로서 Xe 엑시머 램프를 사용하는 스펙트로포토미터를 이용하여 분석하였으며, 그 결과를 도 9에 나타내었다. 도 9에 나타난 바와 같이, (La0.88Pr0.02Gd0.1)PO4 는, 16 mtorr의 진공하에서, 172 nm 의 파장 범위를 갖는 광선에 의하여 효과적으로 여기되어 320 nm 의 파장을 갖는 자외선을 강하게 발광한다.
본 발명의 구현예에서, 제1 형광체층에 사용되는 형광체로서 Y(P,V)O4:Eu ( 적색), BaMgAl14O23:(Eu,Mn) (녹색) 및 BaMgAl10O17:Eu (청색)의 혼합물이 사용될 수 있다. 이들 형광체는 제1 자외선 및 제2 자외선에 의하여 효과적으로 여기되어 가시광선을 발광할 수 있다. 이들 형광체의 혼합비는, 제1 형광체층에서 발광되는 가시광선이 백색광이 될 수 있도록 적절히 선택될 수 있다.
도 10에 Y(P,V)O4:Eu 의 발광특성을 보여주는 그래프(실선)를 도시하였다. 도 10의 그래프의 x축은 형광체에 입사되는 여기광선의 파장이고, y축은 그 여기광선에 의하여 여기된 형광체가 방출하는 가시광의 상대강도이다. 도 10에 나타난 바와 같이, Y(P,V)O4:Eu는 약 260 nm 이하의 파장을 갖는 제1 자외선 및 200~400 nm 범위의 파장을 갖는 제2 자외선에 의하여 여기되어 높은 강도의 가시광을 발광한다. 도 10에는, 비교예로서, 종래의 평판램프에서 널리 사용되고 있는 적색 형광체인 (Y,Gd)BO3:Eu 의 발광특성을 보여주는 그래프(점선)를 같이 나타내었다. 점선의 곡선으로부터 알 수 있는 바와 같이, (Y,Gd)BO3:Eu 는 약 175 nm 이하의 파장을 갖는 광선에 의해서만 효과적으로 발광되며, 약 172 nm 이상의 파장을 갖는 광선에 의해서는 효과적으로 발광되지 않는다. 본 발명의 구현예들에 있어서, 예를 들어, 제1 자외선은 약 172 nm이고 제2 자외선은 약 310 nm 일 수 있다. 172 nm 의 파장에서 비교하면, Y(P,V)O4:Eu 의 발광강도는 (Y,Gd)BO3:Eu 의 발광강도 보다 약간 작다. 그러나, 310 nm 의 파장에서 비교하면, Y(P,V)O4:Eu 의 발광강도는 (Y,Gd)BO3:Eu 의 발광강도 보다 월등히 크다. 따라서, 172 nm 의 파장과 310 nm 의 파장에 의해서 동시에 발광되는 경우, Y(P,V)O4:Eu 의 전체 발광강도가 (Y,Gd)BO3:Eu 의 전체 발광강도 보다 월등히 크다.
도 11에 BaMgAl14O23:(Eu,Mn) 의 발광특성을 보여주는 그래프(실선)를 도시하였다. 도 11의 그래프의 x축은 형광체에 입사되는 여기광선의 파장이고, y축은 그 여기광선에 의하여 여기된 형광체가 방출하는 가시광의 상대강도(소듐살리실레이트(sodium salicylate)의 발광강도와 비교하여 정한다)이다. 도 11에 나타난 바와 같이, BaMgAl14O23:(Eu,Mn)는 제1 자외선 및 제2 자외선에 의하여 여기되어 높은 강도의 가시광을 발광한다. 도 11에는, 비교예로서, 종래의 평판램프에서 널리 사용되고 있는 녹색 형광체인 Zn2SiO4:Mn 의 발광특성을 보여주는 그래프(점선)를 같이 나타내었다. 점선의 곡선으로부터 알 수 있는 바와 같이, Zn2SiO4:Mn 는 약 200 nm 근처의 파장을 갖는 광선에 의해서만 효과적으로 발광되며, 다른 파장 범위, 특히, 제2 자외선 영역의 파장을 갖는 광선에 의해서는 효과적으로 발광되지 않는다. 본 발명의 구현예들에 있어서, 예를 들어, 제1 자외선은 약 172 nm이고 제2 자외선은 약 310 nm 일 수 있다. 172 nm 의 파장에서 비교하면, BaMgAl14O23:(Eu,Mn) 의 발광강도는 Zn2SiO4:Mn 의 발광강도 보다 월등히 크다. 또한, 310 nm 의 파장에서 비교하면, BaMgAl14O23:(Eu,Mn) 의 발광강도는 Zn2SiO4:Mn 의 발광강도 보다 월등히 크다. 따라서, 172 nm 의 파장과 310 nm 의 파장에 의해서 동시에 발광되는 경우, BaMgAl14O23:(Eu,Mn)의 전체 발광강도는 Zn2SiO4:Mn 의 전체 발광강도 보다 월등히 크다.
도 12에 BaMgAl10O17:Eu 의 발광특성을 보여주는 그래프(실선)를 도시하였다. 도 12의 그래프의 x축은 형광체에 입사되는 여기광선의 파장이고, y축은 그 여기광선에 의하여 여기된 형광체가 방출하는 가시광의 상대강도이다. 도 12에 나타난 바와 같이, BaMgAl10O17:Eu 는 제1 자외선 및 제2 자외선에 의하여 여기되어 높은 강도의 가시광을 발광한다. BaMgAl10O17:Eu 는 종래의 평판램프의 녹색 형광체로서도 널리 사용되고 있다. 본 발명의 구현예들에 있어서, 예를 들어, 제1 자외선은 약 172 nm이고 제2 자외선은 약 310 nm 일 수 있다. BaMgAl10O17:Eu 는 172 nm 의 파장 및 310 nm 의 파장에 의하여 여기되어 매우 높은 강도의 가시광선을 발광한다.
따라서, 제1 자외선과 제2 자외선에 의하여 효과적으로 발광되는 제1 형광체층을 갖는 본 발명의 평판램프는, 종래의 평판램프에 비하여, 향상된 휘도를 발휘할 수 있다는 것을 알 수 있다.
도 13 에는, Y(P,V)O4:Eu (적색), BaMgAl14O23:(Eu,Mn) (녹색) 및 BaMgAl10O17:Eu (청색)의 혼합물을 사용하는 제1 형광체층, LaPO4:(Pr,Gd)를 사용하는 제2 형광층, 및 [70% Ne + 30 % Xe]를 방전가스로서 채용하는 본 발명의 평판램프의 구현예로부터 발광되는 가시광선의 색순도를 표시하였다 (흑색 육각형). 도 13 에는, 비교예로서, (Y,Gd)BO3:Eu (적색), Zn2SiO4:Mn (녹색) 및 BaMgAl 10O17:Eu ( 청색)의 혼합물을 사용하는 형광체층, 및 [70% Ne + 30 % Xe]를 방전가스로서 채용하는 종래의 평판램프로부터 발광되는 가시광선의 색순도를 표시하였다 (백색 육각형).
도 13으로부터, 본 발명의 평판램프의 적색 및 녹색의 색순도가 비교예의 적색 및 녹색 색순도에 비하여, 매우 향상되어 있음을 알 수 있다. 따라서, 본 발명의 평판램프를 백라이트로서 채용한 LCD의 색채표현능력은 매우 향상될 수 있다.
본 발명의 평판램프는, 종래기술에서 발생하는 가시광선 흡수현상이 발생하지 않으므로, 향상된 휘도를 발휘할 수 있다.
본 발명의 평판램프의 제1 형광체층은, 휘도의 저하 없이, 두께의 균일성이 용이하게 보장될 수 있는 정도의 적절한 두께를 가질 수 있다. 따라서, 본 발명의 평판램프는 향상된 휘도 균일성을 가질 수 있다.
본 발명의 평판램프는, 종래의 평판램프에서와 같이 진공자외선에 의해서만 여기되는 형광체가 발산하는 가시광선의 색순도 보다, 더욱 우수한 색순도를 가질 수 있다.

Claims (14)

  1. 서로 이격되게 배치되어 그 사이에 방전공간을 형성하는 전면기판 및 후면기판;
    상기 방전공간을 채우는 방전가스로서, 가스방전에 의하여 260 nm 이하의 파 장을 갖는 제1 자외선을 방출하는 방전가스;
    상기 방전가스의 가스방전을 유도하기 위한 적어도 한 쌍의 전극;
    상기 후면기판의 내면 위에 위치하며, 상기 제1 자외선에 의하여 여기되어 상기 제1 자외선 보다 긴 파장을 가지며 200 내지 400 nm 범위의 파장을 갖는 제2 자외선을 발광하는 형광체를 함유하는 제2 형광체층; 및
    상기 전면기판의 내면 위에 위치하며, 상기 제1 자외선 및 상기 제2 자외선에 의하여 여기되어 가시광선을 방사하는 형광체를 함유하는 제1 형광체층을 포함하는 평판형 형광램프.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제1 형광체층의 형광체는, 제1 자외선 및 제2 자외선에 의하여 여기되어 적색광을 발광하는 형광체, 제1 자외선 및 제2 자외선에 의하여 여기되어 녹색광을 발광하는 형광체, 제1 자외선 및 제2 자외선에 의하여 여기되어 청색광을 발광하는 형광체, 또는 이들의 혼합물인 것을 특징으로 하는 평판형 형광램프.
  3. 제 2 항에 있어서, 제1 자외선 및 제2 자외선에 의하여 여기되어 적색광을 발광하는 상기 형광체가 Y(P,V)O4:Eu, YVO4:Eu, Y2O2S:Eu, 또는 이들의 혼합물인 것을 특징으로 하는 평판형 형광램프.
  4. 제 2 항에 있어서, 제1 자외선 및 제2 자외선에 의하여 여기되어 녹색광을 발광하는 상기 형광체가 BaMg10O17:(Eu,Mn), BaMgAl14O23:(Eu,Mn), BaMg2Al16O27:(Eu,Mn), (Y,Gd)BO3:(Ce,Tb), SrAl2 O4:Eu, 또는 이들의 혼합물인 것을 특징으로 하는 평판형 형광램프.
  5. 제 2 항에 있어서, 제1 자외선 및 제2 자외선에 의하여 여기되어 청색광을 발광하는 상기 형광체가 BaMg10O17:Eu, BaMgAl14O23:Eu, BaMg 2Al16O27:Eu, 또는 이들의 혼합물인 것을 특징으로 하는 평판형 형광램프.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 제2 형광체층의 형광체가 YBO3:Bi, YBO3:Gd, YBO3:(Bi,Gd), YAl3(BO3)4:Gd, LaPO4:Pr, LaPO 4:(Pr,Gd), SrB4O7:Eu, YGeO5:Gd, LaPO4:Ce, LaPO4:(Ce,Gd), GdPO4:Ce, LaMgAl11O19 :Ce, SrB4O7:Eu, BaSi2O5:Pb, YMgB5O10:Ce, LaMgAl11O19:Ce, LaB3O6 :Ce, LaPO4:Ce, 또는 이들의 혼합물인 것을 특징으로 하는 평판형 형광램프.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 제1 자외선이 200 nm 이하의 파장을 가지며, 상기 제2 형광체층의 형광체가 YBO3:Bi, YBO3:Gd, YBO3:(Bi,Gd), YAl3 (BO3)4:Gd, LaPO4:Pr, LaPO4:(Pr,Gd), SrB4O7:Eu, YGeO5:Gd, LaPO4:Ce, LaPO4:(Ce,Gd), GdPO4:Ce, LaMgAl11O19:Ce, 또는 이들의 혼합물인 것을 특징으로 하는 평판형 형광램프.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 제1 자외선이 200~260 nm 범위의 파장을 가지며, 상기 제2 형광체층의 형광체가 SrB4O7:Eu, BaSi2O5:Pb, YMgB 5O10:Ce, LaMgAl11O19:Ce, LaB3O6:Ce, LaPO4:Ce, 또는 이들의 혼합물인 것을 특징으로 하는 평판형 형광램프.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 제1 형광체층의 두께가 15 내지 25 ㎛ 인 것을 특징으로 하는 평판형 형광램프.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 형광체층의 형광체의 입자가 보호피막을 갖는 것을 특징으로 하는 평판형 형광램프.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 형광체층이 무기 바인더를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 평판형 형광램프.
  12. YBO3:Bi
  13. YBO3:(Bi,Gd)
  14. LaPO4:(Pr,Gd)
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