KR20100019358A - 냉음극 형광 램프 - Google Patents

Abstract

본 발명의 냉음극 형광 램프는, 철 또는 철 합금을 함유한 전극상에 형성되는 녹의 양을 감소시키고, 저비용 및 긴-수명을 제공하는 실용적인 레벨에서 작동하고, 높은 튜브 전류가 인가될 경우에도, 형성될 아말감의 양을 감소시킬 수 있는 탁월한 스퍼터링 내성을 가지며, 환경에 거의 로드를 부과하지 않음으로써, 효율적으로 제조될 수 있다. 본 발명의 냉음극 형광 램프는, 내부벽 표면상에 제공된 형광층을 포함하고 희가스 및 수은을 그 내에 함유하는 투명 튜브로서, 그 투명 튜브의 양 말단은 시일링 부재들에 의해 차폐되는, 그 투명 튜브; 그 투명 튜브의 양 말단의 부근에 제공되는 전극들; 및 그 전극들에 접속되고 그 시일링 부재들을 관통하는 리드선들을 포함한다. 그 전극들 각각은, 철 또는 철 합금 재료로 구성된 베이스, 및 그 베이스의 표면상의 녹-방지막을 포함한다. 그 녹-방지막은 니켈 및 크롬으로부터 선택된 하나 또는 2개의 엘리먼트를 함유한다.

냉음극 형광 램프, 투명 튜브, 녹-방지막

Description

냉음극 형광 램프{COLD CATHODE FLUORESCENT LAMP}

본 발명은 냉음극 형광 램프에 관한 것으로, 더 상세하게는, 수은 소비를 감소시킬 수 있고, 제조 프로세스 동안 전극상의 녹 (rust) 의 형성을 방지할 수 있으며, 효율적으로 제조될 수 있는 냉음극 형광 램프에 관한 것이다.

냉음극 형광 램프는, 높은 휘도, 탁월한 컬러 렌더링 특성, 긴 수명, 낮은 전력 소비, 및 다른 특성들을 특징으로 하며, 따라서, 텔레비전, 컴퓨터, 다른 액정 디스플레이 장치에서 사용되는 백라이트, 및 팩시밀리 및 다른 유사한 장치에서의 이미지 판독 광원, 복사기에서의 이레이저 (eraser) 광원, 및 다양한 디스플레이 목적으로서 빈번하게 사용된다. 이러한 타입의 냉음극 형광 램프는 다음과 같이 작동하며, 즉, 유리 또는 임의의 다른 적절한 재료로 구성된 투명 튜브의 양 말단의 부근에 제공되고, 그 내에 밀폐 방식으로 희가스 (noble gas) 및 수은을 함유하는 전극에 전압이 인가된다. 전압이 인가된 투명 튜브에 존재하는 작은 수의 전자들은 희가스를 이온화시킨다. 이온화된 희가스가 전극에 부딪칠 경우, 2차 전자들이 방출되며, 이에 따라 글로우 방전을 발생시킨다. 글로우 방전으로 조사된 수은은 자외선을 방사하도록 여기된다. 투명 튜브의 내부벽상에 존 재하는 형광 물질이 자외선을 수광할 경우, 형광 물질은 가시광선을 방출한다.

튜브 전압 및 전력 소비가 감소될 수 있기 때문에 이러한 타입의 냉음극 형광 램프의 전극은 컵 형상을 가지며, 컵-형상 전극의 개구부들이 서로 대면하는 방식으로, 투명 튜브의 양 말단에 배치된다. 다음의 이유들, 즉, 낮은 용융 온도 (melting temperature), 우수한 가공성 (workability), 수은 및 희가스 이온 그리고 다른 물질들에 대한 탁월한 스퍼터링 내성, 시일링 재료로서 통상적으로 사용되는 코바 (Kovar) 및 다른 유사한 재료들에 대한 우수한 용접성 (weldability), 및 4 내지 5 mA 범위의 튜브 전류하의 충분한 내구성 (durability) 때문에, 전극은 니켈로 구성되어 있다. 그러나, 최근 텔레비전의 대형-스크린, 높은 휘도의 액정 디스플레이 장치의 백라이트 유닛에서의 냉음극 형광 램프에서, 전극이 5 mA 이상의 튜브 전류하의 내구성, 큰 로드에 대한 탁월한 스퍼터링 내성, 낮은 일함수, 및 낮은 방전 개시 전압을 요구하기 때문에, 니켈은 전극 재료로서 몰리브덴 또는 니오븀으로 대체되고 있다 (일본 특허 공개 공보 제 2004-355971 호).

그러나, 몰리브덴 및 니오븀은, 각각, 2622℃ 및 1950℃ 의 높은 용융점을 갖고 있으므로, 전극을 생성하기 위해 그러한 높은-용융점 금속을 완전히 용융시킬 수 있는 가열로를 제조하는 것은 어렵다. 또한, 몰리브덴 및 니오븀 그 자체는 고가이며, 그들의 용융점 하에서 내구성을 갖는 가열로 또한 고가이다. 따라서, 상술된 금속들 중 임의의 금속으로 구성된 전극은 고가이다. 이러한 문제를 극복하기 위해, 통상적으로, 상술된 금속들 중 임의의 금속을 그것의 용융점보다 낮은 온도, 예를 들어, 약 1800℃ 에서 소결시킴으로써 제조된 주괴 (ingot) 또 는 와이어를 가공시킴으로써 전극이 생성된다. 그러나, 재료를 그것의 용융점보다 낮은 온도에서 용융시킴으로써 형성되는 주괴 또는 와이어를 사용하여 생성된 전극은, 원료 그레인 (raw material grain) 이 남아있고 그 원료 그레인이 그레인 경계를 통해 결합되는 구조를 갖는다. 따라서, 냉음극 형광 램프의 제조 프로세스 동안 전극의 표면이 가열되고 산화되는 경우, 원료 그레인들 사이의 결합력은 약해진다. 이에 따라 생성된 전극을 사용하는 냉음극 형광 램프에서, 수은 및 희가스 이온들이 그 그레인들 사이에서 그레인 경계를 바람직하지 않게 선택적으로 스퍼터링한다. 따라서, 실용적인 냉음극 형광 램프에서 사용되는 몰리브덴 또는 니오븀으로 구성된 전극은 스퍼터링 내성을 갖지 않으며, 사실상 신뢰가능하지 않다.

또한, 몰리브덴 및 니오븀이 수은 및 희가스 이온 그리고 다른 물질들에 대한 스퍼터링 내성에서 니켈보다 약간 뛰어나지만, 니켈의 경우에서와 같이, 몰리브덴 및 니오븀이 램프의 동작 동안 수은과 상호작용하고, 광 방출에 기여하지 않는 아말감을 형성하기 때문에, 스퍼터링된 몰리브덴 및 니오븀은 투명 튜브에 도입된 수은을 바람직하지 않게 소비한다. 따라서, 투명 튜브로 도입된 수은의 양은, 아말감 형성에 소비되는 수은의 양에 부가하여, 광 방출에 사용되는 수은의 양이어야 한다. 최근에, 투명 튜브로 도입된 수은의 양은 또한 환경 문제의 관점으로부터 최소화되는 것이 바람직하다. 상세하게, 현재 사용되는 수은의 양은 램프 당 4 내지 5mg 의 범위에 있으며, 이러한 양은 2mg 이하로 감소될 필요가 있다. 따라서, 전극이 스퍼터링될 경우 형성되는 아말감의 양을 감소시킬 수 있는 전극 재료에 대한 필요성이 존재한다.

아말감을 형성하기 위한 수은과 상호작용하지 않는 주요 재료들의 예는, 철, 텅스텐, 및 망간을 포함할 수도 있다. 그러나, 텅스텐은 매우 높은 용융점을 갖고 있으며, 따라서, 소결된 텅스텐으로 구성된 전극은 매우 고가이고, 이에 따라, 사실상 적합하지 않다. 또한, 망간은 전극의 주요한 컴포넌트로서 실제로 적합하지 않다. 철은 전극 재료로서 실제로 적합하지만, 철 함유량이 증가함에 따라 녹이 형성될 가능성이 있다. 탄소 함유량이 약 0.02 질량% 인 순철로서 통상적으로 지칭되는 재료는, 매우 용이하게 산화된다는 점에서 문제가 있다.

니켈, 스테인리스 스틸, 철, 알루미늄, 및 구리 중 적어도 하나로 구성된 층, 및 텅스텐, 몰리브덴, 니오븀, 또는 그 상에 배치된 임의의 다른 적절한 물질로 구성된 또 다른 층을 각각 포함하는 전극들을 포함하며, 탁월한 이미터 유지 성능 및 긴 수명을 갖는 방전 램프 (일본 특허 공개 공보 제 2005-183172호), 니켈, 니켈 합금, 철, 철 합금, 텅스텐, 및 몰리브덴으로 구성된 베이스 (base), 및 로듐, 팔라듐, 및 그들의 합금들로부터 선택된 재료로 구성된 전극 표면을 포함하는 냉음극 형광 램프 전극 (일본 특허 공개 공보 제 2008-060056호), 및 니켈, 니켈 합금, 철, 철 합금, 텅스텐, 및 몰리브덴으로 구성된 베이스, 텅스텐 또는 몰리브덴으로 구성된 표면층, 및 아연 합금으로 구성된 접합층을 포함한 냉음극 형광 램프 전극 (일본 특허 공개 공보 제 2008-060057호) 과 같은 공개물들은 철-기반 형광 램프 전극의 사용을 리포트한다.

하지만, 전극 표면에서 사용되는 로듐, 팔라듐, 텅스텐, 몰리브덴, 및 다른 물질들은 사실상 문제가 있다. 상기 물질들 중 임의의 물질로 구성된 표면층이 존재하지 않을 경우, 램프 제조 프로세스가 완료되기 전에 베이스 표면상에 녹이 형성된다. 녹이 형성된 전극이 램프에 포함되면, 녹이 생성된 부분에 수은이 부착하며, 이에 따라, 대량의 수은이 바람직하지 않게 소비될 것이다.

본 발명의 목적은, 철 또는 철 합금을 함유한 전극상에 형성되는 녹의 양을 감소시키고, 저비용 및 긴-수명을 제공하는 실용적인 레벨에서 작동하고, 높은 튜브 전류가 인가될 경우에도, 형성될 아말감의 양을 감소시킬 수 있는 탁월한 스퍼터링 내성을 가지며, 환경에 거의 로드를 부과하지 않음으로써, 효율적으로 제조될 수 있는 냉음극 형광 램프를 제공하는 것이다.

본 발명의 발명자들은 집중적인 연구를 수행하였으며, 철 또는 철 합금 재료로 구성된 베이스 및 그 베이스 상에 형성된 녹-방지막을 포함하고 니켈 또는 크롬을 함유하는 전극이 탁월한 녹-방지 효과를 제공하고, 냉음극 형광 램프에서 그 전극을 사용하는 것이 냉음극 형광 램프의 제조 프로세스 동안 녹을 제거하는 단계가 생략되게 하며, 이에 따라, 냉음극 형광 램프가 효율적으로 제조되게 한다는 것을 발견하였다. 또한, 본 발명의 발명자들은, 녹-방지막을 포함하는 철 또는 철 합금-기반 전극이 스퍼터링 내성을 가지며, 형성될 아말감의 양을 감소시킬 수 있고, 투명 튜브로 도입될 수은의 양을 감소시킬 수 있다는 것을 발견하였다. 본 발명은 상술된 발견들에 기초하여 획득되었다.

즉, 본 발명은, 내부벽 표면상에 제공된 형광층을 포함하고 희가스 및 수은을 함유하는 투명 튜브로서, 그 투명 튜브의 양 말단은 시일링 부재들에 의해 차폐되는, 그 투명 튜브; 그 투명 튜브의 양 말단의 부근에 제공되는 전극들; 및 그 전 극들에 접속되고 그 시일링 부재들을 관통하는 리드선들을 구비한 냉음극 형광 램프에 관한 것이다. 그 전극들 각각은, 철 또는 철 합금 재료로 구성된 베이스, 및 그 베이스의 표면상의 녹-방지막을 포함한다. 그 녹-방지막은 니켈 및 크롬으로부터 선택된 하나 또는 2개의 엘리먼트를 함유한다.

본 발명의 냉음극 형광 램프는, 철 또는 철 합금을 함유한 전극상에 형성되는 녹의 양을 감소시키고, 저비용 및 긴-수명을 제공하는 실용적인 레벨에서 작동하고, 높은 튜브 전류가 인가될 경우에도, 형성될 아말감의 양을 감소시킬 수 있고 수은 소비량을 감소시킬 수 있는 탁월한 스퍼터링 내성을 가지며, 환경에 거의 로드를 부과하지 않음으로써, 효율적으로 제조될 수 있다.

본 발명에 의하면, 철 또는 철 합금을 포함한 전극상에 형성되는 녹의 양을 감소시키고, 저비용 및 긴-수명을 제공하는 실용적인 레벨에서 작동하고, 높은 튜브 전류가 인가될 경우에도, 형성될 아말감의 양을 감소시킬 수 있는 탁월한 스퍼터링 내성을 가지며, 환경에 거의 로드를 부과하지 않음으로써, 효율적으로 제조될 수 있는 냉음극 형광 램프를 제공할 수 있다.

본 발명의 냉음극 형광 램프는, 내부벽 표면상에 제공된 형광층을 포함하고 희가스 및 수은을 함유하는 투명 튜브로서, 그 투명 튜브의 양 말단은 시일링 부재들에 의해 차폐되는, 그 투명 튜브; 그 투명 튜브의 양 말단의 부근에 제공되는 전극들; 및 그 전극들에 접속되고 그 시일링 부재들을 관통하는 리드선들을 구비한 다. 그 전극들 각각은, 철 또는 철 합금 재료로 구성된 베이스, 및 그 베이스의 표면상의 녹-방지막을 포함한다. 그 녹-방지막은 니켈 및 크롬으로부터 선택된 하나 또는 2개의 엘리먼트를 함유한다.

본 발명의 냉음극 형광 램프에서 사용되는 투명 튜브는, 규산 유리, 붕규산 유리, 아연 붕규산 유리, 납 유리, 소다 유리, 또는 가시광을 전달하는 임의의 다른 재료로 구성될 수도 있다. 투명 튜브는, 직선형, 커브형, 또는 임의의 다른 적절한 형상을 가질 수도 있다. 그 튜브의 직경은 임의의 사이즈, 예를 들어, 1.5 내지 6.0mm 의 범위일 수도 있다. 그 투명 튜브의 두께는 의도된 목적에 따라 적절하게 선택될 수 있지만, 상술된 구경 (bore diameter) 이 이용될 경우, 0.15 내지 0.60mm 의 범위인 것이 바람직하다.

형광층은, 투명 튜브의 내부벽 표면 거의 모두에서 제공된다. 형광층은, 후술되는 수은으로부터 방사된 자외선에 의해 여기되고 가시광선을 방출하는 형광 물질을 함유한다. 의도된 파장을 갖는 광을 방출하는 임의의 형광 물질이 선택될 수 있다. 그러한 형광 물질은, 할로포스페이트 (halophosphate), 희토류 화합물, 및 다른 적절한 형광 물질일 수도 있다. 상기 형광 물질들의 적절한 조합이 백색광을 방출하는데 사용될 수 있다. 형광층의 두께는 11 내지 35㎛ 의 범위인 것이 바람직하다.

방전이 적용될 경우 자외선을 생성하는 수은, 및 아르곤, 크세논, 네온, 및 다른 적절한 엘리먼트들로부터 적절하게 선택되는 희가스가 투명 튜브로 도입된다. 투명 튜브에서 생성되는 방전된 전자들은 수은 원자들과 충돌하며, 이는, 253.7nm 및 다른 파장을 갖는 자외선을 생성하고, 차례로, 그 자외선은 형광 물질을 여기시킨다. 도입될 수은 및 희가스의 양은, 형광 램프의 동작 동안 수은의 증기압이, 예를 들어, 1 내지 10Pa 의 범위에 있고, 희가스의 압력이, 예를 들어, 5000 내지 11000Pa 의 범위에 있는 방식으로 결정되는 것이 바람직하다.

투명 튜브의 양 말단에 제공된 전극들 각각은, 철 또는 철 합금 재료 (이하, 전극 재료로서 종종 지칭됨) 로 구성된 베이스 및 그 베이스의 표면상의 녹-방지막을 포함한다. 전극 재료는 소량의 탄소를 함유할 수도 있지만, 주로 철을 함유한다. 주로 철을 함유하는 상술된 전극 재료가 몰리브덴, 니오븀, 및 다른 유사한 엘리먼트들의 용융점보다 낮은 용융점을 갖고, 가공성 및 성형성 (formability) 에서 뛰어나며, 더 낮은 온도에서 리드선을 결과적인 전극에 접속시킬 수 있으므로, 리드선의 열화가 감소될 수 있다. 리드선이, 예를 들어, 전극 재료의 용융점과 유사한 용융점을 갖는 코바로 구성될 경우, 결과적인 전극은, 높은 튜브 전류, 예를 들어, 10mA 가 전극에 인가될 경우에도 탁월한 스퍼터링 내성을 나타낸다.

또한, 결과적인 전극의 베이스가 스퍼터링을 경험할 경우, 형성될 아말감의 양이 감소되기 때문에, 전극 재료에서 아말감을 형성하지 않는 철의 함유량이 큰 것이 바람직하다. 상세하게, 전극 재료의 철 함유량은 99.5 질량% 이상인 것이 바람직하고, 탄소 함유량은 0.5 질량% 이하인 것이 바람직하다. 그러나, 전극 재료의 철 함유량이 99.999 질량% 보다 높을 경우, 철의 정제 비용 (refinement cost) 이 급격하게 증가하며, 이에 따라, 전극 재료의 가격이 현저하게 높아진다. 따라서, 실제의 철 함유량이 99.5 질량% 내지 99.999 질량% 의 범위인 것이 바람직하다.

또한, 상술된 전극 재료는, 몰리브덴, 망간, 크롬, 및 실리콘 중 하나 또는 2개 이상을 철 또는 철 합금과 함께 함유할 수도 있다.

철 또는 철 합금 재료로 구성된 베이스가, 직경이 평균 4.9㎛ 이하인 결정 입자 (crystal particle) 를 함유하는 마이크로 구조를 갖는 것이 바람직하다. 철 또는 철 합금 결정 입자의 평균 직경이 4.9㎛ 이하일 경우, 냉음극 형광 램프는 수은 및 희가스 이온에 대해 탁월한 스퍼터링 내성을 갖는다.

전극에서의 결정 입자들의 평균 직경은, 산성 에칭을 경험한 전극 표면을 관측하는데 광학 현미경이 사용되는 비교 방법에 의해 결정된 입자 직경으로부터 결정될 수 있다. 상세하게는, Japan Society for Heat Treatment Technology 에 의해 편집되고 Taiga Publishing 에 의해 발행된 "An Introduction to Metallic Materials and Textures", p189-193 에 설명되어 있는 방법에 따라 그 비교 방법이 수행된다. 상세하게, 광학 현미경 하에서 0.8mm 직경의 실제 필드의 뷰를 100배 확대함으로써 획득된 현미경 사진 (micrograph) 상의 80mm 직경의 원에서, 그 원내의 결정 입자들은 대응하는 입자 사이즈 번호를 발견하기 위해 표준 차트에서의 결정 입자들과 비교된다. 따라서, 평균 입자 직경이 획득된다. 예를 들어, 광학 현미경을 사용함으로써 획득된 전극 이미지에서 평균 직경을 갖는 입자가 사이즈 번호 5 의 입자에 대응할 경우, 평균 입자 직경은 4.9㎛ 이다.

전극 재료는, 철 또는 철 합금을 주로 함유하는 용융물을 냉각시킴으로써 획 득된다. 전극 재료가 탄소를 함유할 경우, 철 또는 철 합금에 존재하는 탄소는 고용체 (solid solution) (페라이트, 오스테나이트, 및 마르텐사이트), 흑연 (그래파이트), 또는 탄화철 (세멘타이트) 의 형태로 존재한다. 그래파이트는, 6각형 결정 페이즈를 갖는 탄소 광물이고, 세멘타이트는, 철 및 탄소가 서로 결합되어 있는 탄화철 Fe₃C 이다. 여기에 설명된 고용체는, 탄소 원자들의 트레이스 (trace) 가 결정 격자에서 철 원자들 사이의 갭을 관통하는 침입형 (interstitial) 고용체이다. 높은 온도에서의 침입형 고용체의 안정한 구조는 오스테나이트 (면심 입방 (face-centered cubic) 격자 구조) 이지만, 실온에서의 침입형 고용체의 안정한 구조는 페라이트 (체심 입방 (body-centered cubic) 격자 구조) 이다. 오스테나이트 구조를 갖는 높은 온도의 고용체가 급속한 냉각 (소입 (quenching)) 을 경험할 경우, 매우 단단하지만 부서지기 쉬운 마르텐사이트 (체심 입방 격자 구조) 가 획득된다. 결과적인 마르텐사이트가 재가열되고, 고정된 주기 동안 가열된 상태로 유지되며, 그 후, 천천히 냉각 (템퍼 (temper)) 될 경우, 매우 연성인 템퍼된 마르텐사이트가 획득된다. 고용체는 상술된 구조들 중 임의의 구조를 가질 수도 있다. 전극 재료에 함유된 탄소 원자들이 고용체, 그래파이트, 또는 세멘타이트의 형태를 취할지는 다음의 조건, 즉, 철 또는 철 합금을 함유하는 용융물이 냉각되는 냉각 속도 (주기), 철 또는 철 합금에 존재하는 다른 원자들, 탄소 원자들의 함유량, 그 용융물을 냉각시킴으로써 획득된 결과적인 캐스트 (cast) 의 두께, 및 다른 조건들에 의존한다. 상술된 조건들은, 전극 재료 가 원하는 형태로 탄소 원자들을 함유하도록 조정될 수 있다.

상술된 전극 재료로 구성된 베이스는, 예를 들어, 판으로 형상화될 수도 있다. 다른 방법으로, 컵-형상 베이스가 튜브 전압 및 전력 소비를 감소시킬 수 있기 때문에, 그 컵-형상 베이스가 선호된다. 또한, 컵-형상 전극들의 개구부들이 서로 대면하는 방식으로, 전극들이 투명 튜브의 양 말단의 부근에 배치되는 것이 선호된다. 컵-형상 전극은, 상술된 전극 재료로 구성된 판-형상 주괴를 형성하고, 그 주괴를 부재들로 절단하며, 그 부재들을 결합시킴으로써 제조될 수 있다. 다른 방법으로, 마이크로 구조를 갖는 컵-형상 전극은, 판-형상 주괴로부터 원형판을 절단하고 그 원형판을 컵-형상판으로 가압함으로써 용이하게 형성될 수 있다. 또 다른 방법으로, 컵-형상 전극은, 상술된 전극 재료로 구성된 와이어를 형성하고, 원하는 길이를 갖는 와이어 세그먼트를 그 와이어로부터 절단시키며, 축 방향으로 그 절단 표면을 압연 (hammering) 시켜 리세스 (recess) 또는 컵 형상을 형성함으로써 용이하게 형성될 수 있다. 상술된 절차는, 헤더 작업으로 지칭되는 것이다. 컵 형상은, 투명 튜브의 내부 직경 및 램프의 출력을 고려하여 적절하게 선택될 수 있다. 예를 들어, 컵의 외부 직경은 1.05 내지 2.75mm 의 범위에 있을 수도 있으며, 컵의 길이는 3 내지 8mm 의 범위에 있을 수도 있다.

상술된 베이스의 표면상에 녹-방지막이 제공된다. 녹-방지막은 니켈 및 크롬으로부터 선택된 1개 또는 2개의 엘리먼트들을 함유한다. 니켈 및 크롬은 공기중에서 산화되지 않을 수도 있다. 램프의 전극의 표면을 형성하는데 사용될 경우, 니켈 및 크롬은 그 램프의 동작 동안 스퍼터링되지 않을 수도 있다. 따라서, 녹-방지막은 철 또는 철 합금으로 구성된 베이스상에 형성될 녹의 양을 감소시킬 수 있으며, 스퍼터링 내성을 그 베이스에 부여할 수 있다. 전극의 전체 표면, 또는 리드선이 접속되는 부분 이외의 전극의 표면, 즉, 공기에 노출되고 이에 따라 산화되는 베이스의 표면상에 녹-방지막이 제공되는 것이 바람직하다.

녹-방지막의 두께가 0.05 내지 2.3㎛ 의 범위인 것이 바람직하다. 녹-방지막의 두께가 0.05㎛ 이상일 경우, 철 또는 철 합금 재료로 구성된 베이스상에 형성되는 녹의 양은 감소될 수 있지만, 그 두께가 2.3㎛ 이하일 경우, 녹-방지막에 함유된 엘리먼트들에 의해 소비되는 수은의 양이 감소될 수 있다.

예를 들어, 전극이 컵 형상을 가질 경우, 도금이 극소수의 보이드 (void) 를 갖는 균일한 막으로 하여금 그 컵의 내부 표면상에도 형성되게 하기 때문에, 상술된 녹-방지막은 전기도금, 무전해 도금 (electroless plating), 또는 임의의 다른 적절한 도금에 의해 형성되는 것이 바람직하다. 전기 도금에서, 애노드로서 사용되는 도금 금속은 매우 순수한 금속인 것이 바람직하다. 니켈 도금에서, 도금 배스 (bath) 는 황산 니켈, 염화 니켈, 및 붕산을 주로 함유하는 와트 배스 (Watts bath); 니켈 술파메이트 및 붕산을 주로 함유하고 또한 염화 니켈 및 다른 물질들을 함유하는 술파민산 (sulfamic acid) 배스; 염화 니켈을 함유하는 우드의 배스 (Wood's bath); 니켈 이온들 및 아연 이온들을 함유하는 블랙 니켈 도금 배스; 또는 임의의 다른 적절한 배스일 수 있다.

무전해 도금은, 도금 배스에 함유된 도금 금속 양이온이 환원제 (reducer) 에 의해 환원되어, 결과적인 금속이 도금될 오브젝트상에 침전하는 프로세스이다. 니켈 도금에서, 환원제는, 예를 들어, 하이포인산, 디메틸아민 보란, 또는 하이드라진일 수 있다.

다른 방법으로, 상술된 녹-방지막은 스퍼터링, 증착, 또는 금속 스프레잉에 의해 형성될 수 있다. 스퍼터링에서, 녹-방지막의 원료는 진공 챔버에서 타겟으로서 배치되며, 높은 전압이 그 챔버에 인가되어, 이온화된 희가스 또는 질소가 그 타겟에 부딪치게 한다. 스퍼터링된 금속 원자들은 베이스상에 증착된다. 따라서, 녹-방지막이 형성된다.

증착은 물리 기상 증착 (PVD) 또는 화학 기상 증착 (CVD) 중 어느 하나일 수도 있다. 물리 기상 증착에서, 예를 들어, 저항 가열 (resistance heating), 전자빔, 고-주파수 유도, 레이저, 또는 임의의 다른 적절한 방법을 사용하여 콘테이너에서 약 10^-3 내지 10^-4 Pa 범위의 진공 레벨로 그 금속을 가열시킴으로써, 증착될 금속은 기화되거나 승화된다. 따라서, 녹-방지막은 베이스상에 형성될 수 있다.

화학 기상 증착은, 높은-레벨 진공을 요구하지 않으므로 바람직하다. 화학 기상 증착은, 원료 가스, 환원제, 및 다른 재료들이 장치에 배치된 베이스상에 공급되고 녹-방지막이 열적 반응으로 형성되는 열적 CVD; 원재료 및 가스로서 유기 금속을 사용하는 금속 유기 기상 증착; 촉매 화학 기상 증착; 플라즈마 CVD; 에피택셜 (epitaxial) CVD; 및 다른 CVD 방법들 중 임의의 CVD 일 수 있다.

금속 스프레잉에서, 막-형성 재료를 가열 및 용융시키기 위해 고온의 버닝 플레임 (burning flame), 플라즈마, 또는 임의의 다른 적절한 수단이 사용되며, 그 용융된 재료는 베이스상에 스프레잉되어 녹-방지막을 형성한다. 금속 스프레잉의 예들은, 와이어 플레임 스프레잉, 파우더 플레임 스프레잉, 및 임의의 다른 적절한 플레임 스프레잉; 아크 스프레잉, 플라즈마 스프레잉, 및 임의의 다른 적절한 전기 스프레잉; 고속 플레임 스프레잉; 및 냉연 스프레이 (cold spray) 스프레잉을 포함할 수도 있다.

리드선은 상술된 전극에 접속되어, 그 전극을 외부 전원에 접속시킨다. 리드선의 일 말단은 전극의 저부와 퓨즈되고, 다른 말단은, 투명 튜브의 말단을 시일링하는 시일링 부재를 관통하고 그 시일링 부재로부터 돌출된다. 리드선은, 리드선이 전극과 퓨즈될 경우 생성된 열 및 시일링 부재가 투명 튜브의 말단에 밀접하게 부착될 경우 생성된 열로 인해, 그 리드선의 열화를 감소시키도록 열 내성을 갖는 것이 바람직하다. 또한, 리드선은, 램프의 동작 동안 전극에서 생성된 열이 투명 튜브로부터 효율적으로 소산되게 하는 열 전도성을 갖는 것이 바람직하다. 투명 튜브내에서, 리드선은, 구리 코어 와이어가 코바 또는 임의의 다른 적절한 와이어로 코딩되는 이중 구조를 갖는 코바 와이어로 형성될 수 있지만, 듀메트 (Dumet) 와이어 또는 임의의 다른 적절한 와이어가 투명 튜브 외부에서 사용된다.

상술된 희가스 및 수은을 함유하는 투명 튜브의 양 말단들을 시일링하는 스템 (stem) 과 같은 시일링 부재들은, 리드선이 관통하고 그 리드선을 통해 전극을 고정시키는 부재들로서 기능한다. 예를 들어, 시일링 부재들은 유리 비드들로 형성되거나 코바로 구성될 수 있다.

본 발명의 냉음극 형광 램프는 형광층과 투명 튜브 사이에 보호층을 포함할 수도 있다. 그 보호층은, 수은으로부터 방사된 자외선이 투명 튜브로부터 누설되는 것을 방지하고, 수은이 그 투명 튜브로부터 분리된 물질들과 반응하는 것을 방지한다. 그 보호층은, 이트륨 옥사이드, 알루미늄 옥사이드, 또는 임의의 다른 적절한 금속 옥사이드로 구성될 수 있다.

상술된 냉음극 형광 램프를 제조하는 방법은, 탄소, 몰리브덴, 망간, 크롬, 실리콘, 또는 요구되는 바와 같은 임의의 다른 적절한 엘리먼트와 함께 철 또는 철 합금을 용융시킴으로써 획득되는 용융된 재료로 구성된 주괴 또는 와이어를 제조하는 단계, 상술된 컵 형상 베이스를 형성하기 위해 결과적인 주괴 또는 와이어를 단조시키거나 롤링 (roll) 시킴으로써 다수의 방향으로 그 결과적인 주괴 또는 와이어를 스트레인 (strain) 시키는 단계, 및 도금, 스퍼터링, 증착, 금속 스프레잉, 또는 임의의 다른 적절한 방법을 사용함으로써 베이스의 표면상에 녹-방지막을 형성하는 단계를 포함한다. 따라서, 전극이 제조된다.

특히, 상술된 베이스를 제조하기 위한 방법은, 사용될 전극 재료가 99.8 질량% 의 철 원자 함유량 및 0.11 질량% 의 탄소 원자 함유량을 가질 경우, 예를 들어, 캐스트를 제공하기 위해 약 1500℃ 에서 그 전극 재료를 용융시키는 단계, 및 결과적인 캐스트를 변형 (deformation) 프로세싱하는 단계를 포함한다. 상세하게, 그 변형 프로세싱은 다음과 같이 수행될 수 있으며, 즉, 코일형 재료는 열간 단조 (hot forging) 또는 열간 롤링을 사용함으로써, 캐스트 블록으로부터 형성된 다. 결과적인 코일형 재료는 산 (acid) 으로 세정된 후, 어닐링되어, 임의의 스트레인이 제거되고 전성 (malleability) 이 개선된다. 그 후, 코일형 재료는 경도 (hardness) 조정을 경험하면서 연장된다. 예를 들어, 코일형 재료는, 형성될 전극에 따라 직경, 예를 들어, 1 내지 2.6mm 의 범위의 직경을 갖는 와이어로 형상화된다. 또한, 결과적인 와이어가 원통형 형상과 같은 원하는 형상을 갖도록 와이어는 헤더 프로세스를 경험한다.

다른 방법으로, 캐스트 블록은, 열간 단조, 열간 롤링, 또는 냉연 롤링을 사용함으로써, 형성될 전극에 따라 두께, 예를 들어, 0.1mm 내지 0.2mm 의 범위인 두께를 갖는 판으로 형상화된다. 결과적인 판은, 그 판이 원통형 형상과 같은 원하는 형상을 갖거나, 그 판이 부재들로 절단된 이후 결합되어 베이스를 형성하도록, 프레스 작업을 경험할 수도 있다. 변형 프로세싱 동안의 가열 온도는 350 내지 780℃ 의 범위인 것이 바람직하다.

베이스의 표면상에 형성되는 녹-방지막을 갖는 결과적인 전극의 표면이 연마된 이후, 리드선은 그 전극과 결합된다. 코바 와이어가 사용될 경우, 저항 용접 또는 레이저 용접이 사용되어, 전극과 그 코바를 직접 통합시킨다.

형광 물질을 용매에 분산시킴으로써 획득된 분산제를 준비하고, 유리 또는 임의의 다른 적절한 재료로 구성되고 디핑 (dipping), 스프레잉, 또는 임의의 다른 적절한 방법을 사용하여 소정 두께에 대해 소정의 형상을 갖는 투명 튜브의 내부벽 표면에 그 분산제를 도포하며, 그 도포된 분산제를 건조시킴으로써, 투명 튜브의 내부벽 상에 형광층이 형성된다. 따라서, 소정의 두께를 갖는 형광층이 형성된 다. 이후, 냉음극 형광 램프는, 투명 튜브의 말단에 전극을 위치시키고, 리드선이 관통하는 시일링 부재들로 그 투명 튜브의 말단을 시일링하며, 수은 및 희가스를 그 투명 튜브로 도입함으로써 제조될 수 있다.

본 발명의 냉음극 형광 램프의 일 예로서, 도 1에 도시되어 있는 액정 패널의 백라이트가 일 예로서 제공될 수 있다. 개략적인 단면도인 도 1에 도시되어 있는 냉음극 형광 램프 (1) 는 붕규산 유리로 구성된 유리 튜브 (2) 를 포함하며, 그 유리 튜브 (2) 의 양 말단들은 시일링 부재인 유리 비드 (3) 에 의해 밀폐 방식으로 시일링되어 있다. 유리 튜브 (2) 의 외부 직경은 1.5 내지 6.0mm 의 범위이고, 1.5 내지 5.0mm 의 범위인 것이 바람직하다. 유리 튜브 (2) 의 거의 모든 길이에 따라 그 유리 튜브 (2) 의 내부벽 표면상에 형광층 (4) 이 제공된다. 소정량의 희가스 및 수은은 유리 튜브 (2) 의 내부벽 표면에 의해 둘러싸인 내부 공간 (5) 으로 도입되며, 내부 압력은 대기압의 약 수십 분의 일로 감소된다. 전극들 (7) 은, 개구부들 (10) 이 서로 대면하는 방식으로 유리 튜브 (2) 의 양 말단에 장축 방향으로 배치되어 있으며, 도 2의 사시도에 도시되어 있는 바와 같이, 그 전극들 (7) 각각은, 직경이 평균적으로 4.9㎛ 이하인 철 또는 철 합금 결정 입자를 함유하는 마이크로 구조를 갖는 컵-형상 베이스 (7a) 상에 녹-방지막 (7b) 을 포함한다. 코바 또는 임의의 다른 적절한 재료로 구성된 리드선 (9) 은, 그 리드선 (9) 의 일 말단이 전극 (7) 의 저부 (8) 에 용접되고, 다른 말단이 유리 비드 (3) 의 대응부를 관통하여 그 유리 비드로부터 돌출하는 방식으로, 컵-형상 전극들 (7) 의 각각에 접속되어 있다.

상술된 냉음극 형광 램프의 전극들 각각이 그 전극의 표면상에 녹-방지막을 포함하므로, 전극을 형성하고 철 또는 철 합금으로 구성된 베이스의 산화도가 감소될 수 있으며, 냉음극 형광 램프의 제조 프로세스 동안 그 표면상의 임의의 산화막이 제거될 필요는 없다. 따라서, 냉음극 형광 램프가 효율적으로 제조될 수 있다. 특히, 전극들 각각은, 직경이 4.9㎛ 이하인 철 또는 합금 결정 입자로 이루어진 철 또는 철 합금으로 구성된 베이스를 갖고 있으므로, 녹-방지막은 그 베이스상에 균일하게 형성되고, 그 베이스와 단단하게 결합된다. 따라서, 결과적인 냉음극 형광 램프는 스퍼터링 내성에서 뛰어나고, 형성될 아말감의 양을 감소시키고, 투명 튜브로 도입될 수은의 양을 종래에 요구되는 양인 4 내지 5mg 으로부터 2mg 이하로 감소시키며, 환경에 거의 로드를 부과하지 않는다.

[실시예들]

실시예들을 참조하여 본 발명이 더 상세히 후술될 것이다.

[실시예 1]

표 1에 나타낸 비율로 그래파이트 및 다른 엘리먼트들과 철을 혼합함으로써 획득된 원료는 1380℃ 에서 용융되었다. 그 용융된 재료는 공동 (cavity) 을 포함하는 다이로 주입되었고, 120분 이후, 920℃ 의 주입된 재료는 물에서 소입되었다. 이후, 약 0.2mm 의 직경을 갖는 와이어 재료를 생성하기 위해, 열간 롤링, 냉연 롤링, 연신 (drawing) 및 다른 프로세스들이 반복되었다. 그 와이어 재료는, 1.7mm 의 외부 직경 및 5mm 의 길이를 갖는 컵-형상 전극 베이스가 생성되도록 와이어 헤더 작업을 경험하였다.

0.1㎛ 의 두께를 갖는 녹-방지막을 형성하기 위해, 니켈 도금이 와트 배스에서의 결과적인 베이스 상에서 수행되었다. 따라서, 전극이 획득되었다.

결과적인 전극이 대기압 (40 내지 60% 의 범위의 습도) 에서 72 시간 동안 방치되었다. 녹이 형성되었는지가 관측되었으며, 그 결과들이 다음의 기준에 따라 평가되었다. 표 1은 그 평가 결과들을 나타낸다.

A: 녹이 전혀 관측되지 않았음.

B: 녹의 트레이스가 관측됨

C: 소량의 녹이 관측되지만, 녹 감소 효과가 인식됨.

D: 녹이 관측되지만, 비교예와 비교하여 녹 감소 효과가 인식됨.

E: 녹이 형성되고, 녹 감소 효과가 인식되지 않음.

상기 평가에 부가하여, 결과적인 전극이 공기중에서 방치되지 않았지만, 0.8mm 의 직경을 갖는 코바 와이어는 그 와이어가 그 전극과 통합되도록 그 전극의 저부에 바로 용접되었다. 약 18㎛ 의 두께에 대해 2.0mm 의 구경을 갖는 유리 튜브의 내부벽 표면상에 형광 물질이 도포되었다. 코바 와이어들이 퓨즈된 전극들은 그 전극들의 개구부들이 서로 대면하는 방식으로 유리 튜브의 양 말단에 배치되었고, 그 코바 와이어들이 관통하는 유리 비드들은 그 유리 튜브의 양 말단을 시일링하기 위해 사용되었다. 그 후, 수은 및 희가스가 그 유리 튜브로 도입되었다. 따라서, 냉음극 형광 램프가 제조되었다.

12mA 의 튜브 전류에서의 램프의 연속적인 동작 이후, 램프의 말단이 깨지고, 그 램프는 800℃ 로 가열된 가열로에 삽입되었다. 아말감화되지 않은 수은 이 튜브로부터 배출되었고, 나머지 아말감화된 수은의 양이 측정되었다. 아말감화 감소 효과가 다음의 기준에 따라 평가되었다. 표 1은 그 평가 결과들을 나타낸다.

A: 아말감화된 수은의 양이 매우 작음.

B: 수은의 일부가 아말감화되었지만, 아말감화 감소 효과가 충분히 인식됨.

C: 수은의 일부가 아말감화되었지만, 아말감화 감소 효과가 인식됨.

D: 수은의 일부가 아말감화되었지만, 아말감화 감소 효과가 약간 인식됨.

E: 수은 아말감화가 촉진되고, 아말감화 감소 효과가 인식되지 않음.

[실시예들 2 내지 26]

표 1에 나타낸 원재료들이 사용되었다는 점을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방식으로 냉음극 형광 램프가 제조되었다. 결과적인 냉음극 형광 램프는, 실시예 1과 동일한 방식으로 아말감화 감소 효과의 관점에서 평가되었다. 표 1은 그 평가 결과들을 나타낸다.

[비교예]

표 1에 나타낸 원재료가 사용되었다는 점을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방식으로 냉음극 형광 램프가 제조되었다. 결과적인 냉음극 형광 램프는, 아말감화 감소 효과의 관점에서 평가되었다. 표 1은 그 평가 결과들을 나타낸다.

전극들이 램프들에 부착되기 전에 그 전극들이 녹-방지 상태에서 유지되고, 아말감화의 정도가 매우 감소된다는 것이 본 발명의 냉음극 형광 램프에서 명백하다.

본 발명은 일본 특허 공개 공보 제 2008-204566 호에서 주장된 우선권에 따라 이루어졌으며, 모 출원에서 설명된 모든 내용들은 여기에 포함된다.

본 발명의 냉음극 형광 램프는, 철 또는 철 합금을 함유하는 전극상에 형성된 녹의 양을 감소시키고, 저 비용 및 긴-수명을 제공하는 실용적인 레벨에서 작동하고, 높은 튜브 전류가 인가될 경우에도, 형성될 아말감의 양을 감소시킬 수 있는 탁월한 스퍼터링 내성을 가지며, 환경에 거의 로드를 부과하지 않음으로써, 효율적으로 제조될 수 있다. 냉음극 형광 램프는, 텔레비전, 컴퓨터, 및 다른 액정 디스플레이 장치에서 사용되는 백라이트, 팩시밀리 및 다른 유사한 장치에서의 이미지 판독 광원, 복사기에서의 이레이저 광원, 및 다양한 디스플레이 목적으로서 적절히 사용된다.

도 1은 본 발명의 냉음극 형광 램프의 일 예를 도시한 개략적인 구성도.

도 2는 본 발명의 냉음극 형광 램프의 일 예의 전극을 도시한 사시도.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

1: 냉음극 형광 램프

2: 유리 튜브 (투명 튜브)

3: 유리 비드

4: 형광층

5: 내부 공간

7: 전극

7a: 베이스

7b: 녹-방지막

8: 저부

9: 리드선

10: 개구부

Claims (9)

1. 내부벽 표면상에 제공된 형광층을 포함하고 희가스 및 수은을 함유하는 투명 튜브로서, 상기 투명 튜브의 양 말단은 시일링 부재들에 의해 차폐되는, 상기 투명 튜브;

   상기 투명 튜브의 양 말단의 부근에 제공되는 전극들; 및

   상기 전극들에 접속되고 상기 시일링 부재들을 관통하는 리드선들을 포함하며,

   상기 전극들 각각은, 철 또는 철 합금 재료로 구성된 베이스, 및 상기 베이스의 표면상의 녹-방지막을 포함하고,

   상기 녹-방지막은 니켈 및 크롬으로부터 선택된 하나 또는 2개의 엘리먼트들을 함유하는, 냉음극 형광 램프.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 녹-방지막은, 상기 전극들 각각의 전체 표면, 또는 상기 리드선들 중 대응하는 리드선이 접속되는 부분 이외의 상기 전극들 각각의 표면상에 제공되는, 냉음극 형광 램프.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 녹-방지막은 도금에 의해 형성되는, 냉음극 형광 램프.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 도금은 전기도금 또는 무전해 도금인, 냉음극 형광 램프.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 녹-방지막은 스퍼터링, 증착, 또는 금속 스프레잉에 의해 형성되는, 냉음극 형광 램프.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 녹-방지막의 두께는 0.05㎛ 이상으로부터 2.3㎛ 이하의 범위에 존재하는, 냉음극 형광 램프.
7. 제 1 항에 있어서,

   상기 철 또는 철 합금 재료의 탄소 함유량은 0.5 질량% 이하인, 냉음극 형광 램프.
8. 제 7 항에 있어서,

   상기 철 또는 철 합금 재료의 철 함유량은 99.5 질량% 이상으로부터 99.999 질량% 이하의 범위에 존재하는, 냉음극 형광 램프.
9. 제 1 항에 있어서,

   상기 철 또는 철 합금 재료는, 직경이 평균적으로 4.9㎛ 이하인 결정 입자들을 함유하는 마이크로 구조를 갖는, 냉음극 형광 램프.

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