KR20090112547A - 자외선 방전 램프 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자외선 방전 램프에 관한 것으로서, 모재질의 100%중에 10% 이상의 산화나트륨이 함유된 소다라임 유리제 투명 유리 발광관(11)은 자외선 방전 램프가 필요로 하는 320~340nm의 파장으로 80% 이상의 투과율을 얻는 것을 사용한다. 발광관(11)은 예를 들면 관 직경(D)이 38mm, 관 길이(L)가 2650mm이며, 발광관(11)에는 아르곤 가스 등의 희가스와 일정량의 수은이 밀봉되어 있다. 발광관(11)의 내측의 표면에는 300~340nm 사이에 변환 효율의 피크를 갖는 자외선 발광형 형광체를 도포한다. 이에 의해 320~340nm의 조도를 향상시킬 수 있는 것을 특징으로 한다.

Description

자외선 방전 램프{ULTRAVIOLET DISCHARGE LAMP}

본 발명은 자외선의 조사를 실시하여 고분자 소재의 중합이나 경화를 실시하는 예를 들면 액정 패널 제조 공정에서 사용되는 자외선 방전 램프에 관한 것으로서, 더 자세하게는 도포하는 형광체나 막 두께를 선정함으로써 발광 효율을 향상시키는 자외선 방전 램프에 관한 것이다.

일본 공개특허공보 제2002-358926호(종래 기술 1)의 자외선 방전 램프는 파장 253.7nm의 자외선을 투과시키는 소다라임 유리로 발광관인 기밀 용기를 형성하고, 발광관 내부에 수은 및 희가스를 포함하는 방전 매체를 밀봉하며, 발광관 내부에 저압 수은 증기 방전을 발생시키도록 한쌍의 전극을 배치하고 있다. 발광관 내면에는 방전 매체의 저압 수은 증기 방전에 의해 방사되는 파장 253.7nm의 수은 휘선에 의해 여기되는 파장 320~400nm의 근자외선을 발광시키는 BaSi₂O₅:Eu, Ce(MeBa)Al₁₁O₁₉, YPO₄:Ce, LaPO₄:Ce 등의 형광체를 한개 이상 또는 조합한 것으로 자외선 경화형 수지의 내부의 침투성이 높은 UV-A 영역의 광과 자외선 경화형 수지의 표면을 경화시키는 힘이 강한 UV-C의 광을 1개의 램프로 동시에 수득할 수 있다.

상기 종래 기술 1의 기술은 UV-A 영역과 UV-C 영역의 광을 1개의 램프로 동시에 얻을 수 있지만, 파장 320~340nm에서의 조도를 상승시킬 수 없었다. 이 파장역의 조도를 상승시키는 데에는 그만큼 램프의 갯수를 증가시킬 필요가 있고, 증가분의 비용이 상승되는 문제가 있었다.

본 발명의 제 1 목적은 소다라임 유리의 발광관으로 형성된 열음극 저압 수은 램프에 단파장역을 발광시키는 자외선 발광용의 특정 형광체를 도포하여 조도의 상승을 도모할 수 있는 자외선 방전 램프를 제공하는 데에 있다.

본 발명의 제 2 목적은 자외선 조사용 형광체로서 이용한 LaPO₄:Ce의 막두께의 적정화와 특정의 파장을 침투시키는 발광관의 조합으로 자외선 조사의 고효율화가 가능한 자외선 방전 램프를 제공하는 데에 있다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명의 자외선 방전 램프는 투명 유리 발광관, 상기 발광관 내에 밀봉된 시동용 비활성 가스 및 수은의 밀봉물, 상기 발광관 내에 대향하여 배치된 한쌍의 방전 전극, 상기 발광관 내벽에 도포한 수은 스펙트럼인 253.7nm을 변환하고, 300~340nm의 파장에 변환 효율의 피크를 갖는 형광체를 구비하며, 상기 발광관은 모재질의 100%중에 10% 이상의 산화나트륨이 함유된 소다라임 유리제인 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 자외선 방전 램프는 자외선 투과성 소다라임 유리제의 발광관, 상기 발광관 내에 밀봉된 시동용 비활성 가스 및 수은의 밀봉물, 상기 발광관 내에 대향한 한쌍의 전극, 및 상기 발광관 내 표면에 LaPO₄:Ce를 모체 재료로서 형성된 형광체를 구비하고, 상기 형광체의 막두께는 5~40㎛로 한 것을 특징으로 한다.

일반적인 자외 발광형 열음극 램프를 이용하여 320~340nm의 파장으로 고효율의 발광을 가능하게 하는 자외선 램프를 실현시킬 수 있다.

또한, 형광체의 막두께를 5~40㎛의 범위내로 하여 파장 320~340nm의 조도를 향상할 수 있어서, 조도가 향상된 만큼 사용하는 램프 갯수를 늘리지 않고 파장 320~340nm의 램프를 얻을 수 있고, 비용을 절감하는 효과를 갖는다.

이하, 본 발명을 실시하기 위한 가장 좋은 형태에 대해 도면을 참조하면서 상세히 설명한다.

도 1, 도 2는 본 발명의 자외선 방전 램프에 관한 일 실시예에 대해 설명하기 위한 것으로서, 도 1은 구성도, 도 2는 도 1의 I-I’선 단면도이다. 또한, 도 1은 자외선 방전 램프의 일례인 열음극 저압 수은 램프의 구성의 일부를 절개한 상태로 도시하고 있다.

도 1, 도 2에서 도면부호 "11"은 320~340nm의 파장으로 80% 이상의 투과율이 얻어지는 Na₂O가 10% 이상 포함되는 저렴한 가격의 소다라임 유리제의 투명 유리 발광관이다. 소다라임 유리를 이용한 발광관의 투과율은 도 3에 도시한 바와 같이 340nm 부근 이상의 파장으로 80% 이상의 투과율을 얻을 수 있다.

발광관(11)은 관 직경(D)이 38mm, 관 길이(L)가 2367mm이고, 양 단에는 전극(121, 122)을 구비하고, 이들 전극(121, 122)은 도전성 리드선(131, 132)으로 코일 형상의 텅스텐 필라멘트(14)가 지지된다. 리드선(131, 132)은 유리프레스 밀봉부(15)를 관통시키고 있다. 리드선(131, 132)은 램프의 대향하는 양 단부에 고착된 각각의 구금(161, 162)에 있는 핀형상 접점(171, 172)에 접속된다.

또한, 발광관(11)에는 1~10Torr 정도의 저압력으로 아르곤(Ar) 가스 등의 희가스와 일정량의 수은이 밀봉되어 있다. 그리고, 발광관(11)의 내측의 표면에는 300~340nm 사이에 피크가 보이는 도 4에 도시한 변환 효율의 피크를 갖는 자외선 발광형 형광체(18)를 도포하고 있다.

이와 같은 형광체(18)로서는 예를 들면 니치아 코포레이션제(日亞化學工業製) NP-806을 생각할 수 있다. 이 발광체는 LaPO₄(인산란탄):Ce(세륨)를 조성한 것이다.

상기 구성의 열음극 저압 수은 램프에 전극(121, 122)으로부터 전력이 공급되어 도 5에 도시한 분광 분포를 갖는 특성을 확보하는 것이 가능해진다. 이 분광 분포에서는 자외선 발광형 형광체(18)의 발광 특성에 기초하여 320~340nm에서 보다 조도의 향상이 보인다.

도 6은 본 발명의 자외선 방전 램프의 중앙부(a) 및 밀봉측(c)과 (a)와 (c)의 중간부(b)의 본 발명의 형광체를 사용한 경우와 종래의 다른 형광체(A, B)를 사용한 파장 320~340nm의 조도를 측정한 경우의 비교 결과에 대해 설명하기 위한 설명도이다.

또한, 도 7은 본 발명의 형광체를 사용한 경우와 종래의 다른 형광체(A, B)를 사용한 조도의 비교 결과에 대해 설명하기 위한 설명도이다.

본 발명의 형광체는 상기한 바와 같이 LaPO₄:Ce를 조성으로 하고, 종래의 형광체(A)는 YPO₄:Ce, 종래의 형광체(B)는 Ce(BaMgSr)Al₁₁O₁₉를 각각 조성으로 한 것이다.

LaPO₄:Ce를 조성으로 한 경우의 램프의 위치(a)~(c)의 평균 조도가 0.457(mW/㎠)이고, 이를 100%로 한 경우의 형광체(A)는 72.70%이고, 형광체(B)는 44.67%이었다.

따라서, Na₂O가 10% 이상 포함되는 저렴한 가격의 소다라임 유리제 투명 유리 발광관으로 구성된 열음극 저압 수은 램프에 LaPO₄:Ce 조성의 형광체를 도포한 경우는 형광체(B)를 도포한 경우에 비해 55% 이상의, 형광체(A)를 도포한 경우는 30% 가까이의 조도 향상이 보인다.

이 실시예에서는 Na₂O가 10% 이상 포함되는 저렴한 가격의 소다라임 유리제 발광관 내벽에 자외 발광용 형광체를 도포함으로써 320~340nm의 조도가 종래와 비 교하여 적어도 30% 정도 증가시키는 것이 가능해진다. 320~340nm의 조도의 향상은 예를 들면 액정 재료와 자외선에 반응하여 중합을 일으키는 자외선 반응 재료가 혼합, 밀봉된 상태의 액정 패널에 자외선을 조사하여 자외선 반응 재료를 효율적으로 중합할 수 있다.

또한, 조도의 향상은 동일한 조도로 해결한 경우에는 램프의 갯수를 줄일 수 있으므로 저전력화에 기여할 수 있다.

이 실시예에서는 일반적인 자외 발광형 열음극 램프를 이용하여 320~340nm의 파장으로 고효율의 발광을 가능하게 하는 자외선 램프를 실현시킬 수 있다. 또한, 극도의 단파장 조사도 없어지고, 액정 재료와 자외선 반응 재료가 혼합 또는 밀봉된 상태의 액정 패널은 본 발명의 자외선 방전 램프로부터 조사된 자외광에 의한 액정 재료를 파괴시키지 않고, 자외선 반응 재료를 효율적으로 중합시킬 수 있다.

도 8은 본 발명의 자외선 방전 램프에 관한 다른 실시예에 대해 설명하기 위한 설명도이다. 이 실시예는 형광체의 막두께를 변화시킨 것이며, 도 8은 형광체(18)의 막두께를 변화시킨 경우의 상대 조도의 관계에 대해 설명하기 위한 설명도이다.

여기서는 발광 길이가 2382.8±2.4mm이고 발광관(11)의 내부 직경이 38±1.5mm의 열음극 저압 수은 램프를 이용하여 형광체(18)의 막두께를 1~49㎛ 정도로 변화시켰을 때의 상대 조도(%)(320nm대)를 측정하고 있다.

도 8에 도시한 바와 같이, 형광체(18)의 막두께가 5~40㎛의 범위이면 대략 90% 정도 이상의 상대 조도가 얻어지는 것을 알았다. 이 때문에 사용하는 형광 체(18)의 조성이 LaPO₄:Ce이고, 또한 막두께가 5~40㎛의 형광체(18)로 하면 효율적인 조도가 얻어지는 열음극 저압 수은 램프를 실현하는 것이 가능하다.

이 실시예에서는 조성이 LaPO₄:Ce인 형광체(18)를 이용하고, 이 형광체(18)의 막두께를 5~40㎛의 범위내로 하여 파장 320~340nm에서의 조도의 향상을 도모할 수 있다.

이 때문에 파장 320~340nm의 조도를 상승시킬 수 있다. 조도가 상승된 만큼 사용하는 램프 갯수를 늘리지 않고 파장 320~340nm의 램프를 얻을 수 있고, 비용 절감에 기여하는 효과를 갖는다.

그런데 형광체(18)의 입자 직경은 1~5㎛ 정도가 바람직하다. 이는 1㎛보다 작은 경우, 광의 투과성이 떨어지고, 5㎛ 보다도 큰 경우, 발광관 내부에 수은이 입자 직경 사이에 부착하여 흑화되기 쉬워지고, 램프 수명의 저하를 초래하는 원인이 되기 때문이다.

또한, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않는다. 일반적인 자외 발광형 열음극 램프를 이용한 제작이 가능하기 때문에 동일 램프의 발광 길이를 차세대 액정 기판 등의 대형 사이즈의 패널 조사에 필요한 2500mm에도 적용 가능하다.

도 1은 본 발명의 자외선 방전 램프에 관한 일 실시예에 대해 설명하기 위한 일부를 절개하여 도시한 구성도,

도 2는 도 1의 I-I’선 단면도,

도 3은 일반 소다유리의 자외선 투과율에 대해 설명하기 위한 설명도,

도 4는 본 발명에 이용하는 형광체의 발광 분포에 대해 설명하기 위한 설명도,

도 5는 본 발명의 효과에 대해 설명하기 위한 설명도,

도 6은 본 발명과 종래의 램프의 다른 위치에서의 조도의 비교에 대해 설명하기 위한 설명도,

도 7은 본 발명과 종래의 조도의 비교에 대해 설명하기 위한 설명도, 및

도 8은 본 발명의 자외선 방전 램프에 관한 다른 실시예에 대해 설명하기 위한 설명도이다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

11 : 발광관 18 : 형광체

121, 122 : 전극 131, 132 : 도전성 리드선

Claims (3)

1. 투명 유리 발광관,

   상기 발광관 내에 밀봉된 시동용 비활성 가스 및 수은의 밀봉물,

   상기 발광관 내에 대향하여 배치된 한쌍의 방전 전극, 및

   상기 발광관 내벽에 도포한 수은 스펙트럼인 253.7nm을 변환하고, 300~340nm의 파장에 변환 효율의 피크를 갖는 형광체를 구비하며,

   상기 발광관은 모재질의 100%중에 10% 이상의 산화나트륨이 함유된 소다라임 유리제인 것을 특징으로 하는 자외선 방전 램프.
2. 자외선 투과성 소다라임 유리제의 발광관,

   상기 발광관 내에 밀봉된 시동용 비활성 가스 및 수은의 밀봉물,

   상기 발광관 내에 대향한 한쌍의 전극, 및

   상기 발광관 내 표면에 LaPO₄:Ce를 모체 재료로서 형성된 형광체를 구비하고,

   상기 형광체의 막두께는 5~40㎛로 한 것을 특징으로 하는 자외선 램프.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 형광체에는 1~5㎛의 입자 직경인 것이 포함되어 있는 것을 특징으로 하 는 자외선 램프.

Images