KR20080110516A - 냉음극 방전 램프 - Google Patents

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KR20080110516A
KR20080110516A KR1020080055479A KR20080055479A KR20080110516A KR 20080110516 A KR20080110516 A KR 20080110516A KR 1020080055479 A KR1020080055479 A KR 1020080055479A KR 20080055479 A KR20080055479 A KR 20080055479A KR 20080110516 A KR20080110516 A KR 20080110516A
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cold cathode
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cathode discharge
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유우지 다께다
나오끼 쯔쯔이
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하리손 도시바 라이팅구 가부시키가이샤
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Abstract

저소비 전력이면서 저렴한 냉음극 방전 램프를 제공한다.
내부에 방전 공간(11)을 갖는 방전 용기(1)와, 방전 공간(11)에 봉입된 방전 매체와, 방전 공간(11)에 대향 배치된 한 쌍의 전극(3a1, 3b1)을 구비하고 전극(3a1, 3b1)의 표면에는 전극 재료의 산화층(4)이 형성되어 있다. 전극(3a1, 3b1)의 재료로서는 니켈(Ni)이 가장 바람직하다. 또한, 산화층(4)의 두께(T)는 10㎚≤T≤100㎛가 바람직하고, 1㎛≤T≤100㎛인 것이 더 바람직하다.
방전 공간, 방전 용기, 산화층, 저소비 전력, 방전 매체

Description

냉음극 방전 램프 {COLD CATHODE DISCHARGE LAMP}
본 발명은, 액정 텔레비전이나 노트북의 액정 디스플레이 등의 백 라이트에 이용되는 냉음극 방전 램프에 관한 것이다.
현재, 액정 디스플레이 등의 백 라이트에 이용되는 광원으로서는, 저비용이라는 이점에서 냉음극 방전 램프가 주류이다. 냉음극 방전 램프로는, 일본특허공개 제2005-26139호 공보(특허 문헌1)에 기재되어 있는, 바닥이 있는 통 형상의, 소위 컵 형상의 전극이 일반적으로 이용되고 있다. 이 전극은 컵 형상의 전극의 내표면과 외표면을 전극의 표면으로서 이용할 수 있기 때문에, 전극 사이즈가 작아도 전극 표면적을 크게 확보할 수 있다. 이로 인해, 음극 강하 전압을 내릴 수 있어, 소비 전력을 낮게 억제하는 것이 가능하다.
이와 같이, 냉음극 형광 램프에서는, 특히 저소비 전력화가 요구되고 있다. 그로 인해, 일본특허공개 평11-273617호 공보(특허 문헌2), 일본특허공개 제2000-133200호 공보(특허 문헌3) 등에 있어서, 소비 전력을 낮게 억제하기 위해, 전극에 전자 방출 재료, 즉 에미터를 형성한 냉음극 형광 램프가 제안되고 있다.
<특허 문헌1> 일본특허공개 제2005-26139호 공보
<특허 문헌2> 일본특허공개 평11-273617호 공보
<특허 문헌3> 일본특허공개 제2000-133200호 공보
전극에 에미터를 형성하면, 음극 강하 전압이 낮아져, 소비 전력을 낮게 억제할 수 있으나, 제조 공정의 증가나 비용 상승을 피할 수 없다.
따라서, 본 발명의 목적은 저소비 전력이면서 또한 저렴한 냉음극 방전 램프를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 발명자가 여러가지 검토한 결과, 전극 표면을 적극적으로 산화시킴으로써, 음극 강하 전압이 내려간다는 사실이 발견되었기 때문에 본 발명을 제안하기에 이르렀다.
즉, 본 발명의 냉음극 방전 램프는 내부에 방전 공간을 갖는 방전 용기와, 상기 방전 공간에 봉입된 방전 매체와, 상기 방전 공간에 대향 배치된 한 쌍의 전극을 구비하고, 상기 전극의 표면에는 상기 전극 재료의 산화층이 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 냉음극 방전 램프에 있어서는, 상기 전극의 표면의 산화율은 40％ 이상, 바람직하게는 75％ 이상인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 냉음극 방전 램프에 있어서는, 상기 전극은 철(Fe), 니켈(Ni), 몰리브덴(Mo), 니오븀(Nb), 텅스텐(W), 탄탈(Ta), 알루미늄(Al)으로부터 선택된 금속 또는 그들의 합금으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 전극 표면을 적극적으로 산화시킴으로써, 음극 강하 전압을 내릴 수 있기 때문에, 저소비 전력이면서 저렴한 냉음극 방전 램프를 제공할 수 있다.
(제1 실시 형태)
이하, 본 발명의 실시 형태의 냉음극 방전 램프에 대해서 도면을 참조하여 설명한다. 도1은 본 발명의 제1 실시 형태의 냉음극 방전 램프에 대해서 설명하기 위한 전체도이다.
냉음극 방전 램프의 용기는, 예를 들어 경질 글래스제의 방전 용기(1)로 구성되어 있다. 방전 용기(1)는 가늘고 긴 통형 형상이며, 그 내부에는 방전 공간(11)이 형성되어 있다. 방전 공간(11)에는, 수은 및 희가스로서 네온이 봉입되어 있다. 여기서, 램프의 시동성을 향상시키기 위해 아르곤도 봉입하여, 혼합 가스로 해도 된다. 또한, 방전 용기(1)의 내면에는, 형광체층(2)이 형성되어 있다. 형광체층(2)으로서는 R(적), G(녹), B(청)로 발광하는 단파장 형광체 외에, RGB를 혼합한 3 파장 형광체 등을 목적 용도에 맞추어 사용할 수 있다. 또한, 형광체층(2)은 방전 용기(1)의 양 단부 부근까지 형성해도 된다.
방전 용기(1)의 양 단부에는 전극 마운트(3a, 3b)가 밀봉되어 있다. 전극 마운트(3a, 3b)는, 도2에 도시한 바와 같이 전극(3a1, 3b1), 이너 리드(3a2, 3b2), 아우터 리드(3a3, 3b3)로 구성되어 있고, 저항 용접이나 레이저 용접 등에 의해 일체적으로 접합되어 있다.
전극(3a1, 3b1)은 판 형상이며, 예를 들어 철(Fe), 니켈(Ni), 몰리브덴(Mo), 니오븀(Nb), 텅스텐(W), 탄탈(Ta), 알루미늄(Al)으로부터 선택된 금속 또는 합금으로 이루어진다. 이 중, 후술하는 산화층(4)의 형성의 용이함과 효과를 고려하면, 니켈(Ni)이 가장 바람직하다.
이너 리드(3a2, 3b2)는 막대 형상이며, 방전 공간(11)측의 선단부에는 전극(3a1, 3b1)의 판 형상면과 면 접합하기 위한 평탄면이 형성되어 있다. 이너 리드(3a2, 3b2)의 재료로서는, 전극 재료보다도 저융점의 금속, 예를 들어 코발트(Co), 구리(Cu)선, 니켈(Ni) 등을 사용할 수 있다. 또한, 본 실시 형태와 같이 이너 리드(3a2, 3b2)가 방전 용기(1)의 양 단부의 글래스에 대하여 밀봉 부착된 경우에는 글래스의 열팽창율에 가까운 코발트(Co)가 특히 적합하다.
아우터 리드(3a3, 3b3)는, 점등 회로와 전기적인 접속을 행하는 리드선이다. 그로 인해, 도전성이 양호한 금속이 바람직하고, 예를 들어 철(Fe), 니켈(Ni) 합금에 구리(Cu)를 피복한 듀멧이 적합하다.
전극(3a1, 3b1)의 방전면이 되는 표면에는 그 전극 재료의 산화층(4)이 형성되어 있다. 또한, 「방전면」이란, 전극으로서 작용하는 전극 표면, 즉 점등 중에 마이너스 글로우 플라즈마가 형성되는 전극 표면을 나타내고 있다. 산화층(4)의 형성 범위로서는 방전면이 되는 전극 표면 전체에 형성하는 것이 바람직하나, 한편으로 이너 리드(3a2, 3b2)에 대해서는 산화시키지 않는 것이 바람직하다. 또한, 산화층(4)은, 수명 중인 산화층의 스퍼터링을 억제하기 위해 표면이 균일한, 즉 균일한 상태로 형성되어 있는 것이 가장 바람직하다. 여기서, 표면이 균일한 상태란, 예를 들어 표면 거칠기(Ra)가 1㎚ 내지 10㎛ 정도로 형성되어 있는 상태를 나타낸다.
여기서, 산화층(4)의 형성 방법에 대해서 설명한다. 산화층(4)은, 전극 표면을 강제 산화시킴으로써 얻고 있다. 즉, 버너 등의 열원을 이용하여 대기 중에서 가열함으로써, 전극 표면에 산화층(4)을 형성할 수 있다. 그 때, 산화층(4)의 두께 등은 처리 온도나 처리 시간에 의해 조정하는 것이 가능하다. 또한, 예를 들어 니켈(Ni) 전극의 표면에 그 전극 재료의 산화물인 산화니켈(NiO, Ni2O3)을 플라즈마 CVD나 열 CVD로 증착하는 방법을 이용하면, 강고하면서 안정된 산화층(4)을 전극 표면에 형성할 수 있다.
하기에 본 실시 형태의 냉음극 방전 램프의 일 실시예를 설명한다. 또한，이하에서 설명하는 시험은 특별히 언급하지 않는 한 치수, 재료 등은 이 사양에 기초하여 행하고 있다.
(실시예)
방전 용기(1) ; 경질 글래스제, 전체 길이=110㎜, 외경=4.0㎜, 내경=3.0㎜,
방전 매체 ; 수은=5.0㎎, 네온=8.0㎪,
형광체층(2) ; RGB의 3파장 형광체,
전극(3a1, 3b1) ; 니켈(Ni)제, 길이(L)=5.2㎜, 폭(W)=1.7㎜, 두께(D)=0.1㎜,
이너 리드(3a2, 3b2) ; 코발트(Co)제, 선 직경 20.6㎜,
아우터 리드(3a3, 3b3) ; 듀멧제, 선 직경=0.4㎜,
산화층(4) ; 산화니켈(NiO, Ni2O3), 두께(T)=10㎛.
도3은 니켈(Ni) 전극 및 산화층을 형성한 니켈(Ni) 전극, 도4는 몰리브덴(Mo) 전극 및 산화층을 형성한 몰리브덴(Mo) 전극, 도5는 텅스텐(W) 전극 및 산화층을 형성한 텅스텐(W) 전극을 구비하는 램프에 대해서, 램프 전류를 변화시켰을 때의 음극 강하 전압의 변화를 설명하기 위한 도면이다. 시험 조건은, 램프 전류=2 내지 8㎃, 주파수=35㎑이며, 산화층(4)은 각각 대기 중에서 약 3초간, 약 300도로 가열하는 강제 산화에 의해 형성했다.
도3 내지 도5로부터 알 수 있는 바와 같이, 니켈(Ni), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W)의 모든 재료에 있어서, 강제 산화시킨 쪽이 음극 강하 전압의 피크값이 내려간 것을 알 수 있다. 특히 니켈(Ni)에 대해서는, 음극 강하 전압이 현저하게 저하되어 있어, 산화층(4)을 형성하지 않는 경우와 비교해서 약 50V 이상이나 음극 강하 전압이 낮아져 있다. 이렇게 전극 표면에 산화층(4)을 형성함으로써 음극 강하 전압이 저하된 것은, 말터 효과에 의한 것으로 생각된다. 즉, 산화층 표면에 플러스 이온이 부착되어, 이것에 의한 전계의 영향으로 음극 강하 전압이 저하된다고 생각된다. 여기서, 전극 재료 자체의 산화는, 일본특허공개 제2006-12612호 공보나 일본특허공개 제2007-73407호 공보에 기재된 바와 같이, 내스퍼터하기 쉽다는 등의 이유로 종래 최대한 회피되었던 것을 감안하면, 전극 표면에 굳이 산화층(4) 을 형성함으로써, 음극 강하 전압이 내려간다는 사실은 종래의 상식을 깨는 큰 발견이라고 할 수 있다.
또한, 도시하지 않았으나, 철(Fe), 니오븀(Nb), 탄탈(Ta), 알루미늄(Al)의 금속 또는 합금으로 이루어지는 전극에 대해서도, 도3 내지 도5와 마찬가지의 시험에 의해, 산화층(4)을 형성함으로써 음극 강하 전압이 저감되는 것이 확인되었다.
또한, 전극 표면의 산화층(4)의 두께(T)는 램프 특성에 영향을 주기 때문에, 적합한 범위로 제어하는 것이 바람직하다. 발명자에 따르면, 산화층(4)의 두께(T)가 10㎚≤T≤100㎛이면, 음극 강하 전압을 낮게 할 수 있기 때문에 적합한 것이 판명되었다. 또한, 산화층(4)의 두께(T)가 1㎛≤T≤100㎛이면, 산화층(4)은 절연체로서의 기능이 강해져, 전극 소모를 억제할 수 있기 때문에 더 적합하다. 이 산화층(4)의 두께(T)는 X선 광전자 분광 분석 장치(XPS)에 의해 측정할 수 있다.
또한, 도3에 도시된, 산화층이 형성된 니켈(Ni) 전극 표면의 임의의 위치에서의 직경 500㎛, 깊이 약 10㎚의 용적 범위를 XPS에 의해 측정한 결과, Ni는 19.1％, NiO는 40.4％, Ni2O3은 40.5％의 비율인 것이 확인되었다. 여기서, 이 소정의 용적 내에 포함되는 전체 산화물의 합계 비율을 「산화율」로 정의하면, 이 경우의 산화율은 80.9％로 된다.
마찬가지로 도4에 도시된, 산화층이 형성된 몰리브덴(Mo) 전극에서는, 그 표면의 상기 소정의 용적 내에 Mo와 MoO2와 MoO3이 확인되었다. 또한, 도5에 도시된, 산화층이 형성된 텅스텐(W) 전극에서는 W와 W0과 WXOY(1가 이외의 텅스텐의 산화물) 가 검출되었다. 이와 같은 전극 표면의 산화율은 음극 강하 전압 효과에 영향이 있기 때문에, 전극 표면의 산화율은 40％ 이상이 바람직하고, 75％ 이상인 것이 더 바람직하다.
따라서, 제1 실시 형태에서는 전극(3a1, 3b1)의 방전면이 되는 전극 표면 전체에 전극 재료의 산화층(4)을 형성함으로써, 음극 강하 전압이 낮아져, 소비 전력을 낮게 억제할 수 있다. 또한, 산화층(4)은 용이하게 형성할 수 있기 때문에, 본 발명을 염가로 실시할 수 있다. 전극(3a1, 3b1)으로서는, 철(Fe), 니켈(Ni), 몰리브덴(Mo), 니오븀(Nb), 텅스텐(W), 탄탈(Ta), 알루미늄(Al)으로부터 선택된 금속 또는 합금을 이용할 수 있고, 특히 니켈(Ni)을 사용하는 것이 가장 바람직하다.
또한, 산화층(4)의 두께(T)가 10㎚≤T≤100㎛인 것에 의해, 안정된 본 발명의 효과를 얻을 수 있고, 또한 1㎛≤T≤100㎛인 것에 의해 전극 소모를 억제할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 형태는 상기에 한정되는 것은 아니고, 예를 들어 다음과 같이 변경해도 된다.
본 실시 형태와 같이 판 형상 금속에 의해 전극(3a1, 3b1)을 형성할 경우, 도6이나 도7과 같이, 판 형상 금속을 구부리거나, 나선형 형상으로 하거나 함으로써, 산화층(4)을 형성하는 표면적을 증대시키는 것이 바람직하다. 그 때, 판 형상면에 샌드 블러스트 등에 의해 거칠기를 형성하거나, 두께 방향으로 관통되지 않는 오목부, 소위 딤플을 형성하거나 하여, 전극 표면적을 넓게 확보하면 더 바람직하다.
또한, 전극(3a1, 3b1)으로서는, 판 형상에 한하지 않고, 통 형상, 컵 형상 혹은 막대 형상이어도 된다. 또한, 컵 형상의 경우, 도8과 같이 내표면 및 외표면에 산화층(4)을 형성하는 것이 바람직하다.
도1은 본 발명의 제1 실시 형태의 냉음극 방전 램프에 대해서 설명하기 위한 전체도.
도2는 전극 마운트에 대해서 설명하기 위한 도면.
도3은 니켈(Ni) 전극 및 산화층을 형성한 니켈(Ni) 전극을 구비하는 램프에 대해, 램프 전류를 변화시켰을 때의 음극 강하 전압의 변화를 설명하기 위한 도면.
도4는 몰리브덴(Mo) 전극 및 산화층을 형성한 몰리브덴(Mo) 전극을 구비하는 램프에 대해서, 램프 전류를 변화시켰을 때의 음극 강하 전압의 변화를 설명하기 위한 도면.
도5는 텅스텐(W) 전극 및 산화층을 형성한 텅스텐(W) 전극을 구비하는 램프에 대해서, 램프 전류를 변화시켰을 때의 음극 강하 전압의 변화를 설명하기 위한 도면.
도6은 전극의 변형예1을 도시한 도면.
도7은 전극의 변형예2를 도시한 도면.
도8은 전극의 변형예3을 도시한 도면.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1 : 방전 용기
2 : 형광체층
3a, 3b : 전극 마운트
3a1, 3b1 : 전극
3a2, 3b2 : 이너 리드
3a3, 3b3 : 아우터 리드
4 : 산화층

Claims (18)

  1. 내부에 방전 공간을 갖는 방전 용기와, 상기 방전 공간에 봉입된 방전 매체와, 상기 방전 공간에 대향 배치된 한 쌍의 전극을 구비하고, 상기 전극의 표면에는, 상기 전극 재료의 산화층이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 냉음극 방전 램프.
  2. 제1항에 있어서, 상기 전극의 표면의 산화율은 40％ 이상, 바람직하게는 75％ 이상인 것을 특징으로 하는 냉음극 방전 램프.
  3. 제2항에 있어서, 상기 전극은 철(Fe), 니켈(Ni), 몰리브덴(Mo), 니오븀(Nb), 텅스텐(W), 탄탈(Ta), 알루미늄(Al)으로부터 선택된 금속 또는 그들의 합금으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 냉음극 방전 램프.
  4. 제3항에 있어서, 상기 산화층은, 방전면이 되는 전극 표면 전체에 형성되어 있고, 그 표면 거칠기가 1㎚ 내지 10㎛로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 냉음극 방전 램프.
  5. 제1항에 있어서, 상기 산화층의 두께(T)는 10㎚≤T≤100㎛, 바람직하게는 1㎛≤T≤100㎛인 것을 특징으로 하는 냉음극 방전 램프.
  6. 제1항에 있어서, 상기 방전 매체는, 수은 및 네온 가스인 것을 특징으로 하는 냉음극 방전 램프.
  7. 제6항에 있어서, 상기 한 쌍의 전극은, 판 형상의 전극인 것을 특징으로 하는 냉음극 방전 램프.
  8. 제7항에 있어서, 상기 전극의 표면의 산화율은 40％ 이상, 바람직하게는 75％ 이상인 것을 특징으로 하는 냉음극 방전 램프.
  9. 제8항에 있어서, 상기 전극은, 철(Fe), 니켈(Ni), 몰리브덴(Mo), 니오븀(Nb) 텅스텐(W), 탄탈(Ta), 알루미늄(Al)으로부터 선택된 금속 또는 그들의 합금으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 냉음극 방전 램프.
  10. 제9항에 있어서, 상기 산화층은, 방전면이 되는 전극 표면 전체에 형성되어 있고, 그 표면 거칠기가 1㎚ 내지 10㎛로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 냉음극 방전 램프.
  11. 제10항에 있어서, 상기 방전 매체는 또한 아르곤 가스를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 냉음극 방전 램프.
  12. 제11항에 있어서, 상기 산화층의 두께(T)는 10㎚≤T≤100㎛, 바람직하게는 1㎛≤T≤100㎛인 것을 특징으로 하는 냉음극 방전 램프.
  13. 제6항에 있어서, 상기 한 쌍의 전극은, 컵 형상의 전극인 것을 특징으로 하는 냉음극 방전 램프.
  14. 제13항에 있어서, 상기 전극의 표면의 산화율은 40％ 이상, 바람직하게는 75％ 이상인 것을 특징으로 하는 냉음극 방전 램프.
  15. 제14항에 있어서, 상기 전극은, 철(Fe), 니켈(Ni), 몰리브덴(Mo), 니오븀(Nb), 텅스텐(W), 탄탈(Ta), 알루미늄(Al)으로부터 선택된 금속 또는 그들의 합금으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 냉음극 방전 램프.
  16. 제15항에 있어서, 상기 산화층은, 방전면이 되는 전극 표면 전체에 형성되어 있고, 그 표면 거칠기가 1㎚ 내지 10㎛로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 냉음극 방전 램프.
  17. 제16항에 있어서, 또한 상기 방전 매체는 아르곤 가스를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 냉음극 방전 램프.
  18. 제17항에 있어서, 상기 산화층의 두께(T)는 10㎚≤T≤100㎛, 바람직하게는 1㎛≤T≤10O㎛인 것을 특징으로 하는 냉음극 방전 램프.
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