KR20060037710A - 외부전극형광램프 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전극효율을 높이고 핀홀현상을 방지할 수 있는 개선된 외부전극형광램프에 관한 것이다.

이러한 본 발명은 형광물질이 도포된 유리관 내에 네온(Ne)과 아르곤(Ar)으로 이루어진 충진가스에 미량의 수은(Hg)을 첨가한 혼합가스를 채워 넣은 후 유리관을 밀봉하여 제조된 방전관(10)과, 상기 방전관의 양단부 경사면(A)에 형성된 부도체층(22)와, 메탈 페이스트를 상기 방전관(10)의 양단부(A&B)에 도포하여 형성된 외부전극(20)과, 상기 양측 외부전극(20)에 구형파나 정형파 구동전원을 인가하기 위한 인버터(30)로 구성된다.

따라서, 본 발명의 외부전극형광램프는 외부전극이 안정적인 구조를 갖고 도전성이 양호하여 효율을 향상시킬 수 있고, 전극의 소켓부분의 온도가 저감되고, 전자방사상태에서 청색으로 나타나며, 부도체층에 의해 양단부에서의 전기집중을 완화시키고 플라즈마의 활발한 활동으로 전극 끝부분에 가해지는 충격(damage)을 줄여 유리파괴(pin-hole)현상을 억제시킬 수 있다.

외부전극형광램프, 메탈 페이스트, 충진가스, 핀홀, 효율, 면광원

Description

외부전극형광램프{External Electrode Fluorescent Lamp}

도 1은 본 발명에 따른 외부전극형광램프를 도시한 도면,

도 2는 본 발명에 따라 방전관의 양단부에 부도체층을 형성한 예,

도 3은 본 발명에 따른 외부전극형광램프를 이용하여 면광원을 형성한 예,

도 4는 도 3에 도시된 면광원의 휘도 특성 그래프.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10: 방전관 11:유리관

12: 형광층 13: 충진가스

20: 외부전극 22: 부도체층

30: 인버터

본 발명은 외부전극형광램프에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전극효율을 높이고 핀홀현상을 방지할 수 있는 개선된 외부전극형광램프에 관한 것이다.

일반적으로, 형광램프는 크게 전극이 유리관의 내부에 위치하는 내부 전극형과 전극이 유리관의 외부에 위치하는 외부전극 형광램프(External Electrode Fluorescent Lamp; EEFL)로 구분되는데, 내부 전극형은 통상의 형광등과 같은 열음극형광램프(Hot Cathode Fluorescent Lamp; 이하 HCFL라 함)와, 냉음극형광램프(Cold Cathode Fluorescent Lamp; 이하 CCFL라 함)로 구분된다.

백라이트용으로 널리 사용되고 있는 냉음극형광램프(CCFL)는 유리관 양단부의 내벽에 실린더형의 니켈 전극을 설치하고, 니켈 전극을 통한 전압방전에 의하여 빛을 발생시키는 것으로서 유리관 양단부의 내벽에 니켈 전극을 설치하는 것이 매우 어려울 뿐만 아니라 도광판 및 확산판이 필요하고 니켈 전극과 유리관의 접합 부위가 쉽게 손상되어 램프의 수명이 단축되는 문제점이 있다.

외부전극형광램프(EEFL)는 네온과 아르곤으로 된 충진가스에 미량의 수은을 첨가한 혼합가스를 유리관에 주입하여 봉합한 후 유리관 양단부의 외부에 외부전극을 설치하여 외부전극이 유리관벽과 용량성 결합(capacitive coupling)에 의해 유리관내 전기장을 형성하여 플라즈마 방전에 의해 빛을 발생시키는 것이다. 즉, 외부전극 형광램프는 용량성 결합에 의해 유리관 내부의 양끝에 입자가 쌓여서 플라즈마 전류가 방전관 내에 교차적으로 흐는 교류형 방전을 이용한 것이다.

따라서 외부전극 형광램프는 전극이 플라즈마와 직접 접촉하지 않으므로 수명이 길고, 내부에 전극이 없으므로 램프의 제작이 간단하며 다양한 형태로 변형이 가능하다. 또한 다수의 램프를 병렬로 연결하여 구동할 수 있으므로 전력소모가 작고, 밝기가 균일한 장점이 있어 점차 널리 사용되는 추세이다.

한편, 외부전극형광램프에 있어서 유리관 내에 채워지는 충진가스(방전가스)는 일반적으로 95% 중량비의 네온과 5% 중량비의 아르곤 혹은 75% 중량비의 네온과 25% 중량비의 아르곤으로 이루어진다. 그리고 외부전극형광램프에서 충진가스의 압력이 높으면 높을수록(통상 40mmHg 이상) 램프의 휘도도 높아지나 종래의 충진가스를 사용할 경우에는 양끝단의 전극부분에 치명적인 핀홀을 유발시킬 수 있는 문제점이 있다.

또한, 외부전극형광램프에서 외부전극을 형성하는 방법으로는 알루미늄이나 구리재의 테이프를 부착하는 테이핑방식이나 도금방식, 도전성을 갖는 메탈 페이스트(Metal Paste)를 도포한 후 열처리하는 방식 등이 있는데, 이중에서 메탈 페이스트를 이용하여 도포하는 방식이 널리 사용된다. 이때 전극재료로 사용되는 메탈 페이스트의 조성물은 형광램프의 특성을 좌우하므로 매우 중요하나 종래의 메탈 페이스트로 외부전극을 형성할 경우 효율이 낮은 문제점이 있다.

또한, 종래에 외부전극을 형성하는 방법은 방전관의 양단부에 직접 메탈 페이스트를 도포한 후 열처리하여 제작함으로써 전극에 전압을 인가할 때, 수평면(도2의 B)보다 경사면(도2의 A)에 전기가 집중되는 현상이 있고, 이로 인해 경사면(A) 영역에서 절연파괴에 따른 핀홀(pin-hole)현상을 가속시켜 램프의 수명을 단축시키거나 동작을 불안하게 만드는 문제점이 있다. 여기서, 핀홀이란 외부전극의 표면에 작은 구멍이 발생되는 것으로서, 일종의 유전층 파괴(dielectric breakdown)에 따른 현상이다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 새로운 조성비를 갖는 전극재료와 충진가스를 이용하여 효율을 높이고, 유리관과 전극 사이에 부도체층을 형성하여 핀홀현상을 방지할 수 있는 외부전극형광램프를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 외부전극형광램프는, 형광물질이 도포된 유리관 내에 네온(Ne)과 아르곤(Ar)으로 이루어진 충진가스에 미량의 수은(Hg)을 첨가한 혼합가스를 채워 넣은 후 유리관을 밀봉하여 제조된 방전관; 상기 방전관의 양단부 경사면(A)에 형성된 부도체층; 및 메탈 페이스트를 상기 방전관(10)의 양단부(A&B)에 도포하여 형성된 외부전극을 포함하는 것을 특징으로 한다.

그리고 상기 충진가스는 5% 중량비의 네온(Ne)과 95% 중량비의 아르곤(Ar)으로 이루어지고, 상기 메탈 페이스트는 15% 중량비의 은이 코팅된 구리와, 20% 중량비의 아크릴 바인더, 40% 중량비의 아크릴 우레탄 바인더, 15% 중량비의 메틸렌 클로라이드, 10% 중량비의 도전 폴리머로 구성된다.

또한, 상기 부도체층은 별도의 절연물질을 도포하거나 융착 혹은 도금하는 방식이나, 메탈 페이스트를 양단부 경사면(A)에 도포한 후 졸/젤 상태에서 수백 내지 수천볼트의 고압을 인가하여 부도체화시키는 방식으로 형성된 것이고, 상기 외 부전극형광램프는 상기 양측 외부전극(20)에 구형파나 정형파 구동전원을 인가하기 위한 인버터(30)를 더 포함할 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 자세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 외부전극형광램프를 도시한 도면이고, 도 2는 본 발명에 따라 방전관의 양단부에 부도체층을 형성한 예이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 외부전극형광램프는 형광물질(12)이 도포된 유리관(11) 내에 네온(Ne)과 아르곤(Ar)으로 이루어진 충진가스(13)에 미량의 수은(Hg)을 첨가한 혼합가스를 채워 넣은 후 유리관(11)을 밀봉하여 제조된 방전관(10)과, 상기 방전관의 양단부 경사면(A)에 형성된 부도체층(22)과, 상기 방전관(10)의 양단부(A&B)에 형성된 외부전극(20)과, 상기 양측 외부전극(20)에 구형파나 정형파 구동전원을 인가하기 위한 인버터(30)로 구성된다.

이러한 본 발명의 외부전극형광램프는 다음과 같은 3가지 면에서 특징이 있다.

[1] 전극재료

본 발명에 따른 외부전극형광램프의 외부전극(20)은 통상 도전성을 갖는 메탈 페이스트(Metal Paste)를 유리관(11)의 양단부(A&B)에 도포한 후 열처리하는 방식 등에 의해 형성되는데, 본 발명에 따른 메탈 페이스트의 조성물은 다음 표 1과 같다.

성분	조성비
Ag coated Cu	15%
아크릴 바인더	20%
아크릴 우레탄 바인더	40%
메틸렌클로라이드	15%
도전 폴리머	10%
합계	100%

즉, 본 발명의 전극재료로 사용되는 메탈 페이스트는 상기 [표 1]에서와 같이, 15% 중량비의 은이 코팅된 구리(Ag coated Cu)와, 20% 중량비의 아크릴 바인더(Acryl Binder), 40% 중량비의 아크릴 우레탄 바인더(Acryl-urethane Binder), 15% 중량비의 메틸렌 클로라이드(Methylene chloride), 10% 중량비의 도전 폴리머(Conducting Polymer) 로 구성된다.

[2] 충진가스

본 발명의 충진가스(13)는, 5% 중량비의 네온(Ne)과 95% 중량비의 아르곤(Ar) 조성물로 이루어지는데, 충진가스에는 미량의 수은이 첨가될 수 있다. 이와 같이 네온 5%와 아르곤이 95% 함유된 가스를 사용함으로써 충진가스의 압력을 높여 휘도를 높이더라도 핀홀이 발생되는 것을 방지할 수 있다.

[3] 외부전극 형성방법

본 발명의 외부전극형광램프는 도 2에 도시된 바와 같이, 외부전극과 방전관 사이에 방전관의 양단부 경사면(A)에 부도체층(22)이 부가된 구조로 되어 있고, 상기 부도체층(22)을 형성하는 방법으로서는 첫째, 별도의 절연물질을 도포하거나 융착 혹은 도금하는 방식과, 둘째, 메탈 페이스트를 양단부 경사면(A)에 도포한 후 약간 건조시켜 졸/젤 상태에서 수백 내지 수천볼트의 고압을 인가하여 부도체화시키는 방식이 있다.

그리고 이와 같이 부도체층922)을 갖는 외부전극을 형성하는 절차는 방전관(10)의 양단 경사면(A)에 국부적으로 부도체층(22)을 형성하는 단계와, 상기 부도체층(22)을 감싸며 소정 길이의 전극영역(A&B)에 메탈 페이스트를 도포하는 단계와, 상기 메탈 페이스트를 건조시키는 단계와, 상기 메탈 페이스트를 열처리하는 단계로 구성된다.

이와 같이 본 발명의 외부전극형광램프는 5% 중량비의 네온(Ne)과 95% 중량비의 아르곤(Ar)으로 이루어진 충진가스(13)를 형광물질(12)이 도포된 유리관(11) 내에 충진시킨 후 유리관(11)을 밀봉시켜 방전관(10)을 제작하고, 방전관(10)의 양단 경사면(A)에 부도체층(22)을 형성한 후, 15% 중량비의 은이 코팅된 구리(Ag coated Cu)와, 20% 중량비의 아크릴 바인더(Acryl Binder), 40% 중량비의 아크릴 우레탄 바인더(Acryl-urethane Binder), 15% 중량비의 메틸렌 클로라이드(Methylene chloride), 10% 중량비의 도전 폴리머(Conducting Polymer) 로 이루어진 메탈 페이스트를 상기 부도체층이 형성된 방전관(10)의 양단 경사면(A)과 수평면(B)에 도포하여 건조 및 열처리하여 외부전극(20)을 형성함으로써 제작할 수 있다.

그리고 이와 같이 제작된 외부전극형광램프는 각종 디스플레이장치의 백라이트나 광고 프레임의 면광원 등으로 사용될 수 있다.

도 3은 본 발명에 따른 외부전극형광램프를 이용하여 면광원을 형성한 예이 고, 도 4는 도 3에 도시된 면광원의 휘도 특성 그래프이다.

도 3을 참조하면, N개의 외부전극형광램프(10-1~10-N)가 일렬 병렬로 배열되어 면광원을 형성하고 있고, 인버터(30)는 동일한 구동신호를 출력하는 2개의 출력선을 갖고 있다. 이때 각 램프들(10-1~10-N)에서 동일방향에 위치한 외부전극들은 서로 공통으로 연결되어 전기적으로 도통되어 있다.

이와 같은 면광원에 발명에 따라 전원을 인가하는 방식은 도 3에 도시된 바와 같이, 인버터(30)에서 2개의 출력선을 개별적으로 인출하여 하나는 하단의 제1 램프(10-1)의 양단전극(20-1)에 인가하고, 다른 하나는 상단의 마지막 램프(10-N)의 양단 전극(20-2)에 각각 인가한다. 이와 같이 전원을 개별적으로 인가할 경우, 각 위치별 램프의 휘도는 도 4에 도시된 그래프와 같이 상단과 하단에 위치하여 직접 전원이 인가되는 램프(10-1,10-N)의 휘도가 상대적으로 높고, 나머지는 균일한 것을 알 수 있다.

도 4를 참조하면, 횡축은 각 램프(10-1~10-N)의 배열위치를 도시한 포인트를 나타내고, 종축은 휘도값을 나타낸다. 도시된 그래프에 따르면 본 발명에 따라 개별적으로 전원인 직접 인가되는 제1 위치의 램프(10-1) 휘도와 제 N 위치의 램프(10-N) 휘도가 가장 높고, 나머지 램프들의 휘도는 거의 균일한 것을 알 수 있다.

그런데 면광원을 프레임에 배치할 경우 상단과 하단에서는 프레임 등에 의해 빛이 흡수되므로 제1 위치의 램프 휘도와 제 N 위치의 램프 휘도가 상대적으로 높더라도 휘도 손실이 많아 실제로는 전체적으로 휘도가 균일하게 된다.

따라서 본 발명에서와 같이 인버터(30)로부터 구동신호를 출력하는 2개의 개 별적인 출력선을 인출한 후, 첫번째 램프(10-1)와 마지막 램프(10-N)의 양단 전극에 개별적으로 전원을 공급하는 방식이 가장 바람직한 것을 알 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 외부전극형광램프는 외부전극이 안정적인 구조를 갖고 도전성이 양호하여 효율을 향상시킬 수 있고, 전극의 소켓부분의 온도가 저감되고, 전자방사상태에서 청색으로 나타나며, 부도체층에 의해 양단부에서의 전기집중을 완화시키고 플라즈마의 활발한 활동으로 전극 끝부분에 가해지는 충격(damage)을 줄여 유리파괴(pin-hole)현상을 억제시킬 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 외부전극형광램프를 이용한 면광원에서 외부전극에 전원을 인가함에 있어서 인버터로부터 2개의 출력선을 각각 인출한 후 면광원을 형성하는 양쪽 끝의 램프에 각각 인가함으로써 전체적으로 휘도가 균일하게 되는 효과를 제공할 수 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (8)

1. 형광물질이 도포된 유리관 내에 네온(Ne)과 아르곤(Ar)으로 이루어진 충진가스에 미량의 수은(Hg)을 첨가한 혼합가스를 채워 넣은 후 유리관을 밀봉하여 제조된 방전관(10);

   상기 방전관의 양단부 경사면(A)에 형성된 부도체층(22); 및

   메탈 페이스트를 상기 방전관(10)의 양단부(A&B)에 도포하여 형성된 외부전극(20)을 포함하는 것을 특징으로 하는 외부전극형광램프.
2. 제1항에 있어서, 상기 충진가스는

   5% 중량비의 네온(Ne)과 95% 중량비의 아르곤(Ar)으로 이루어진 것을 특징으로 하는 외부전극형광램프.
3. 제1항에 있어서, 상기 메탈 페이스트는

   15% 중량비의 은이 코팅된 구리와, 20% 중량비의 아크릴 바인더, 40% 중량비의 아크릴 우레탄 바인더, 15% 중량비의 메틸렌 클로라이드, 10% 중량비의 도전 폴리머로 구성된 것을 특징으로 하는 외부전극형광램프.
4. 제1항에 있어서, 상기 부도체층은

   별도의 절연물질을 도포하거나 융착 혹은 도금하는 방식이나, 메탈 페이스트 를 양단부 경사면(A)에 도포한 후 졸/젤 상태에서 수백 내지 수천볼트의 고압을 인가하여 부도체화시키는 방식으로 형성된 것을 특징으로 하는 외부전극형광램프.
5. 제1항에 있어서, 상기 외부전극형광램프는

   상기 양측 외부전극(20)에 구형파나 정형파 구동전원을 인가하기 위한 인버터(30)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 외부전극형광램프.
6. 제5항에 있어서, 상기 외부전극형광램프는

   상기 외부전극이 형성된 방전관을 다수개 병렬로 배열한 후, 각 동일방향에 위치한 외부전극들을 공통으로 연결하여 상기 인버터를 통해 상기 외부전극들에 전원을 인가하여 면광원을 형성할 수 있는 것을 특징으로 하는 외부전극형광램프.
7. 제6항에 있어서, 상기 면광원은

   상기 면광원을 형성하기 위해 병렬로 배열된 각 램프들 중에서 양단에 위치하는 각 램프의 전극에 인버터로부터 각각 독립적으로 출력선을 연결하여 구동신호를 인가하는 것을 특징으로 하는 외부전극형광램프.
8. 제7항에 있어서, 상기 인버터는

   동일한 구동신호를 출력하면서 서로 독립적으로 배선할 수 있는 적어도 2개 이상의 출력선을 제공하는 것을 특징으로 하는 외부전극형광램프.

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