KR20100055316A - 냉음극 방전램프 및 발광장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 스퍼터링에 의한 수은의 소모를 억제하고, 벌브내에 봉입하는 수은량을 삭감하고, 환경 부하를 경감할 수 있는 냉음극 방전램프 및 이 냉음극 방전램프를 이용한 발광장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은, 내부에 희가스 및 수은이 봉입되고, 내주면에 형광체층(4)이 형성된 투광성의 기밀 벌브(2)와, 이 기밀 벌브(2)의 양단부에 대향하여 한 쌍 봉장되고, 일단측을 개구부(5a)로 하고 타단측을 바닥단부(5b)로 하고, 상기 개구부 (5a)로부터 바닥단부(5b)를 향하는 축방향의 길이치수가 13mm 이상으로서, 바깥지름 치수에 대한 길이치수의 비가 4 이상의 Ni 또는 Ni합금으로 형성된 통 형상 전극(5)과, 이 통 형상 전극(5)의 상기 바닥단부(5b)에 접합되어 급전을 행하는 전극 리드선(6)을 구비하는 냉음극 방전램프(1)이다.

Description

냉음극 방전램프 및 발광장치{COLD CATHODE LAMP AND LUMINESCENT DEVICE}

본 발명은, 수은 봉입량을 삭감할 수 있는 냉음극 방전램프 및 이 냉음극 방전램프를 이용한 발광장치에 관한 것이다.

종래, 액정 디스플레이에 이용되는 백라이트에는, 그 광원으로서 냉음극 방전램프가 사용되고 있고, 이 냉음극 방전램프의 전극에는, 성형 가공성이 뛰어나고, 비교적 염가의 Ni재료가 넓게 이용되고 있다. 그런데, 이 종류의, 냉음극 방전램프에 있어서는, 점등시의 방전의 과정에서, 이온화된 봉입 가스가 전극에 충돌하여, 전극 물질이 비산하는 스퍼터링이라고 하는 현상이 생긴다. 이 스퍼터링에 의해 비산한 전극 물질은, 방전램프의 벌브내에 봉입된 수은과 결합하여 합금이 되어, 수은 증기를 소모시켜 유효 수은량을 저감시킨다. 그 결과, 냉음극 방전램프의 수명의 저하로 연결되어 있다. 특히, 액정 디스플레이의 표면 휘도를 향상하기 위해, 방전램프의 방전 전류를 많이 흘려, 광출력을 증대시키려고 하는 경우는 현저하게 된다. 이 때문에, 방전램프의 벌브내에는, 스퍼터링에 의한 수은의 감소분을 보충하는 등의 이유로, 본래 방전을 유지하기 위해서 필요한 수은량을 초과하여 과잉으로 수은을 봉입해야 한다.

따라서, 근년의 액정 디스플레이 등의 수요의 증가에 수반하는 냉음극 방전램프의 출하수의 증대는, 적어도 상기 수은량과의 관계에 있어서 환경 부하의 증대를 초래하고 있다.

한편, 전극의 스퍼터률을 저하시키고, 수은의 소모를 줄여, 램프의 수명을 향상시키기 위해서, 전극을 Nb 또는 Ta를 함유하는 Ni합금으로 형성하는 것이 제안되고 있다(특허문헌 1 참조).

[특허문헌 1] 일본 공개특허공보2004-235073호

그러나, 특허문헌 1에 나타난 것은 스퍼터률을 저하시키는 것은 가능하기는 하지만, 스퍼터링에 의해서 비산하는 전극 물질은 발생되므로, 이 전극 물질에 의해서 수은은 소모되어, 그 만큼, 과잉으로 수은을 봉입해야 한다.

본 발명은, 상기 과제에 감안하여 이루어진 것으로, 스퍼터링에 의한 수은의 소모를 억제하고, 벌브내에 봉입하는 수은량을 삭감하여, 환경 부하를 경감할 수 있는 냉음극 방전램프 및 이 냉음극 방전램프를 이용한 발광장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

청구항 1에 기재된 냉음극 방전램프는, 내부에 희가스 및 수은이 봉입되고, 내주면에 형광체층이 형성된 투광성의 기밀 벌브와; 이 기밀 벌브의 양단부에 대향하여 한 쌍 봉장되고, 일단측을 개구부로 하고, 타단측을 바닥단부로 하고, 상기 개구부로부터 바닥단부를 향하는 축방향의 길이치수가 13mm 이상으로서, 바깥지름 치수에 대한 길이치수의 비가 4 이상의 Ni 또는 Ni합금으로 형성된 통 형상 전극과; 이 통 형상 전극의 상기 바닥단부에 접합되어 급전을 행하는 전극 리드선을 구비하고 있는 것을 특징으로 한다. 기밀 벌브는, 직선 형상, U자 형상, L자 형상이나 ⊃자 형상 등의 것을 적용할 수 있고, 각별히 그 형상이 한정되는 것은 아니다.

청구항 2에 기재된 발광장치는, 장치 본체와; 이 장치 본체에 장착된 청구항 1 기재의 냉음극 방전램프를 구비하고 있는 것을 특징으로 한다. 발광장치는, 디스플레이장치나 소위 공간을 비추는 조명기구를 포함한 개념이다.

청구항 1에 기재된 발명에 의하면, 스퍼터링에 의한 수은의 소모를 억제하고, 벌브내에 봉입하는 수은량을 삭감하여 환경 부하를 경감할 수 있는 냉음극 방전램프를 제공할 수 있다.

청구항 2에 기재된 발명에 의하면, 청구항 1에 기재의 냉음극 방전램프의 효과를 이루는 발광장치를 제공할 수 있다.

이하, 본 발명의 실시형태에 관한 냉음극 방전램프에 대해 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명한다. 한편, 각 도면에 있어서 동일 부분에는 동일 부호를 붙이고, 중복된 설명은 생략한다. 도 1은, 냉음극 방전램프를 나타내는 단면도, 도 2 및 도 3은, 동 본 실시형태를 설명하기 위한 모식적 단면도이다.

우선, 본 실시형태의 전제가 되는 냉음극 방전램프에 대해 설명한다. 도 1에 도시하는 바와 같이, 냉음극 방전램프(1)는, 투광성의 기밀 벌브로서 유리 벌브(2)와 전극 유닛(3)을 구비하고 있다. 유리 벌브(2)는, 반경질 유리로 형성되어 있다. 한편, 반경질 유리에 한정하지 않고, 경질 유리, 연질 유리 등을 적용할 수 있고, 또한, 붕산·규산 유리, 소다 유리등, 유리의 조성도 각별히 한정되는 것은 아니다. 이 냉음극 방전램프(1)는, 액정 패널의 백라이트의 광원으로서 이용되는 경우, 유리 벌브(2)의 바깥지름의 종류에 φ1.5mm∼φ5.0mm의 범위내에 있어서 여러 종류의 것이 준비되어, 액정 패널의 사양에 따라 구분하여 사용할 수 있다. 그리고, 길이도 150mm∼1300mm 정도의 것이 준비되어 있고, 그 치수는, 세경화(細徑化), 장척화(長尺化) 경향에 있다. 유리 벌브(2)는 양단이 밀봉되어 내부에 밀폐 공간이 형성되어 있고, Ar, Xe, Ne 등의 희가스 및 수은 증기가 봉입되어 있다. 또한, 유리 벌브(2)의 내주면에는, 형광체층의 형광막(4)이 형성되어 있다. 형광막(4)은, 할로인산염 형광체나 희토류 금속 산화물 형광체 등이 적용될 수 있다.

전극 유닛(3)은, 통 형상 전극(5)과, 이 통 형상 전극(5)에 급전을 행하기 위해서 접합되는 전극 리드선(6)을 구비하고 있다. 전극(5)은, 유리 벌브(2)의 안지름보다 약간 작은 바깥지름을 갖고, 일단측을 개구부(5a)로 하고 타단측을 바닥단부(5b)로 하는 컵 형상이며, 이와 같이 컵 형상으로 하는 것에 의해서, 할로우 캐소드(Hollow Cathode)효과에 의해 음극 강하 전압을 저하시킬 수 있다. 또한, 전극(5)은, Ni 또는 Ni합금으로 이루어지고, 판재를 프레스 가공 또는 선재(線材)를 냉간 단조 가공하는 것에 의해 형성되어 있다.

전극 리드선(6)은, 봉착부재(6a)와 리드 부재(6b)로 구성되어 있고, 봉착부 재(6a)의 선단측은, 전극(5)의 바닥단부(5b)에 레이저 빔 용접 등에 의해서 접합되고 있다. 또한, 봉착부재(6a)와 리드 부재(6b)는, 용착에 의해서 접합되어 있다. 봉착부재(6a)에는, Kov(코발)선이 이용되어 있고, 리드 부재(6b)에는, 니켈 철합금의 주위를 동으로 피복 한 쥬메트선이 이용되어 있다.

이와 같이 구성된 전극 유닛(3)은, 유리 벌브(2)의 양단부에 한 쌍 봉장되어 있고, 컵 형상의 전극(5)의 개구부(5a)를 서로 대향시켜서 배치되어, 유리 벌브(2)의 양단부로부터 전극 리드선(6)이 도출되어 있다. 또한, 전극 유닛(3)의 유리 벌브(2)에의 봉장에 있어서는, 봉장에 앞서 봉착부재(6a)에 비드 유리(7)가 용착된다. 그리고, 전극 유닛(3)을 유리 벌브(2)에 접합할 때는, 비드 유리(7)와 유리 벌브(2)의 단부를 용융하여 봉착한다.

다음에, 본 발명자는, 냉음극 방전램프(1)의 유리 벌브(2)내에 봉입하는 수은량의 삭감을 도모하기 위해, 이하와 같이 실험, 측정을 행하여, 조사 분석을 시도하였다.

(실측예 1)

냉음극 방전램프(1)의 초기품과, 소정시간 점등하고 수명시험이 경과한 수명시험 경과품과의 봉입 수은량을 측정하였다. 또한, 수명시험 경과품에 대해서는, 수은의 소모가 어느 부위에서 생기고 있는지를 파악하기 위해, 각 부위마다 수은의 부착량을 측정하였다. 그 결과, 하기 표와 같이 되었다.

[표 1]

여기서, 초기품의 수은 봉입량은 3.9mg이다. 부위에 있어서의 '벌브흑화부'는, 도 2에 도시하는 바와 같이, 수명시험 경과품에 있어서의 한 쌍의 전극(5)의 개구부(5a) 근방에 생기는 유리 벌브(2)의 내면의 흑화부 Bk를 가리키고 있다. 또한, '흑화 없는 형광체층부'는, 주로 흑화부 Bk를 제외한 유리 벌브(2)의 내면의 형광체층부를 가리키고 있다. 이 결과로부터, 봉입된 수은은, 벌브 흑화부 Bk에 집중하고 있는 것이 판명되었다. 또한, 이 흑화부 Bk를 분석한 결과, 흑화부 Bk로부터 전극(5) 재료와 동일 원소가 검출되고, 이것은 점등시의 방전의 과정에서 전극 (5)이 스퍼터링되어 비산한 전극 물질인 것이 판명되었다. 또한, 스퍼터링된 전극 물질은 미세한 분자 상태로 비산되고 있기 때문에 활성이며 수은 증기와 반응하여 증기압이 낮은 화합물로서 흑화부 Bk에 부착되어 있는 것을 확인할 수 있었다.

따라서, 이 스퍼터링된 전극 물질과 수은과의 반응을 방지 또는 억제하면 초기의 수은 봉입량을 삭감할 수 있는 것이라고 생각된다. 한편, 통 형상 전극(5)의 어느 부위가 스퍼터링되고 있는지를 X선촬영으로 관찰한 바, 내주면의 바닥단부 (5b) 근방의 부분(St)이 선택적으로 스퍼터링되고 있는 것이 판명되었다.

(실측예 2)

다음에, 도 3에 도시하는 바와 같이, 구체적으로, 전극으로서 바깥지름 치수 φ 2.1mm, 두께 치수 t0.1mm, 개구부(5a)로부터 바닥단부(5b)까지의 축방향의 길이치수 L₁=5mm{도 3(a)}, L₂=7mm{도 3(b)}, L₃=10mm{도 3(c)}의 3종류의 Ni합금으로 이루어지는 통 형상 전극(5)을 준비하고, 이 통 형상 전극(5)에 바깥지름 치수 0.8mm, 길이치수 4mm의 Kov선의 봉착부재(6a)를 접합하여, 전극 유닛(3)을 구성하였다. 이들 전극 유닛(3)을 바깥지름 치수 3.4mm, 길이치수 1000mm의 유리 벌브(2)의 양단부에 봉장하고, 내부에 희가스로서 Ne-Ar을 6×10³Pa, 수은 3.9mg를 봉입하여 냉음극 방전램프(1)를 제작하였다. 그리고, 이들 냉음극 방전램프(1)를 램프전류 10mA에서 6000시간 점등하고, 외관 관찰 및 벌브내 봉입 수은의 분석을 행한 결과, 하기 표와 같이 되었다. 본 실측에 있어서는, 우선, 통 형상 전극(5)의 길이치수가 L₁=5mm{도 3(a)}와 L₂=7mm{도 3(b)}의 램프에 대해 측정 분석을 행하여, 그 결과를 근거로 하여 길이치수 L₃=10mm{도 3(c)}의 램프에 대해 측정 분석을 행하였다.

[표 2]

여기서, 각 부위에 있어서의 샘플링은, 유리 벌브(2)의 양단의 밀봉부로부터 5mm의 위치 P1에서 유리 벌브(2)를 절단하고, 전극(5)을 취출하여 '전극부'라고 함과 동시에, 밀봉부로부터 15mm의 위치 P2에서 유리 벌브(2)를 절단하고, 상기 부를 '벌브흑화부' A로 하고, 잔부의 중앙부의 유리 벌브(2)의 부분을 '흑화 없는 형광체층부' B로 하였다.

도 3(a) 및 도 3(b)에 도시하는 바와 같이, 통 형상 전극(5)의 길이치수가 L₁=5 mm와 L₂=7mm의 램프에서는, 스퍼터링이 발생하는 위치는 변함 없고, 통 형상 전극(5)의 내주면의 바닥단부(5b) 근방의 부분 St가 선택적으로 스퍼터링되고 있었다. 또한, 전극(5)의 개구부(5a) 근방에 생기는 유리 벌브(2)의 내면의 흑화부 Bk의 길이치수는, 전극(5)의 길이치수가 L₁=5mm의 램프와 L₂=7mm의 램프에서는, 차이가 있고, L₁=5mm의 램프는 약 3mm, L₂=7mm의 램프는 약 1mm로, L₁=5mm의 램프의 쪽이 길고, 전극(5)의 길이치수와 흑화부 Bk의 길이치수의 합은, 약 8mm로 동일하게 되는 것이 판명되었다. 또한, 상기 실측예 1과 같이, 봉입된 수은은, 벌브흑화부 Bk에 집중하고 있는 것을 알 수 있다. 따라서, 이것들은, 전극(5)의 스퍼터링이 발생하는 위치가 동일하고, 전극(5)의 비산 물질의 비산 위치가 동일하기 때문에, 전극(5)의 비산 물질은 스퍼터링이 발생하는 위치로부터 물리적으로 비래(飛來)해 온다고 판단되어, 통 형상 전극(5)의 길이치수를 길게 하여, 전극(5)의 비산 물질이 전극(5)의 내주부에 들어가도록 하면, 비산 물질이 수은과 결합하여 화합물을 형성하는 일이 없다고 생각된다.

상기 지견을 근거로 하여, 도 3(c)에 도시하는 바와 같이, 통 형상 전극(5)이 길이치수 L₃=10mm의 램프에서는, 전극(5)의 비산 물질이 전극(5)의 내주부에 들어가 있다고 생각되고, 유리 벌브(2)의 '벌브흑화부' A에는, 흑화는 볼 수 없고, 수은도 거의 검출되고 있지 않다.

(실측예 3)

도시는 생략하지만, 실측예 2는, 통 형상 전극(5)의 치수 등의 조건을 바꾸어 동일한 측정을 행하였다. 바깥지름 치수 φ2.7mm, 두께치수 t 0.1mm, 길이치수 L₁=5mm, L₂=7mm, L₃=10mm, L₄=15mm의 4종류의 Ni합금으로 이루어지는 통 형상 전극 (5)을 준비하고, 이 통 형상 전극(5)에 바깥지름 치수 0.8mm, 길이치수 4mm의 Kov선의 봉착부재(6a)를 접합하여, 전극 유닛(3)을 구성하였다. 이들 전극 유닛(3)을 바깥지름치수 3.4mm, 길이치수 1000mm의 유리 벌브(2)의 양단부에 봉장하고, 내부에 희가스로서 Ne-Ar을 6×10³Pa, 수은 3.9mg를 봉입하여 냉음극 방전램프(1)를 제작하였다. 그리고, 이들 냉음극 방전램프(1)를 램프 전류 13mA에서 6000시간 점등하고, 외관 관찰 및 벌브내 봉입 수은의 분석을 행한 결과, 하기 표와 같이 되었다.

[표 3]

본 실측예로부터 알 수 있는 바와 같이, 유리 벌브(2)의 흑화는, 전극(5)의 길이치수 L₁=5mm, L₂=7mm의 램프에 발생하고 있고, 전극(5)의 개구부(5a) 근방에 생기는 유리 벌브(2)의 내면의 흑화부 Bk의 길이치수는, 전극(5)의 길이치수가 L₁=5mm의 램프는 약 3mm, L₂=7mm의 램프는 약 1mm로, 전극(5)의 길이치수와 흑화부 Bk의 길이치수의 합은, 약 8mm로 동일하게 되었다. 또한, 봉입된 수은은, 벌브 흑화부 Bk에 집중하고 있는 것을 알 수 있다. 한편, 전극(5)의 길이치수 L₃=10mm, L₄=15mm의 램프에는, 유리 벌브(2)의 흑화는 볼 수 없다. 또한, 전극(5)의 내주부를 조사해 보면, 전극(5)의 비산 물질이 부착하고 있었지만, 이들 비산 물질에는 수은은 거의 검출할 수 없었다. 이 수은의 결합이 없는 이유는 다음과 같이 설명할 수 있다.

음극으로서의 전극(5)의 내주부로부터 방출된 전자는 전계에 의해서 가속되어, 에너지를 얻어 공간에 존재하는 기체 분자를 전리(電離)한다. 그리고, 이 전리된 기체는 양이온이 된다. 전극(5)의 내주부에서는 차례차례로 전자가 방출되기 때문에, 이것에 수반하여 양이온도 생성되게 되고, 수은 이온은 전극(5)의 내주부로부터 전기적으로 배제되어 존재하지 않게 된다. 따라서, 전극(5)의 비산 물질이 전극(5)의 내주부에 퇴적해 들어갔다고 해도, 비산 물질에 수은이 결합하는 일은 없다. 환언하면, 전극(5)의 비산 물질이 전극(5)의 내주부에 들어가도록 하면 비산 물질이 수은과 결합하여 화합물을 형성하는 일이 없다.

(고찰)

이상의 실측예에 의해서, 전극(5)의 비산 물질이 전극(5)의 내주부에 들어가 도록 통 형상 전극(5)의 길이치수를 설정하면, 봉입 수은량을 삭감할 수 있다고 하는 지견을 얻었다. 구체적으로는, 전극(5)의 길이치수와 흑화부 Bk의 길이치수의 합은, 약 8mm이므로, 이것이 전극(5)의 비산 물질의 비래(飛來) 거리라고 생각하면, 통 형상 전극(5)의 길이치수를 약 8mm로 하면, 비산 물질의 대부분을 전극(5)의 내주부에 넣을 수 있다고 생각된다. 또한, 실측예 3에 따르면, 통 형상 전극(5)의 바깥지름 치수에 대한 길이치수의 비, 즉, 길이치수/바깥지름 치수는, 8mm/2.7mm≒3이란 결과가 된다. 따라서, 통 형상 전극(5)의 길이치수를 8mm 이상, 길이치수에 대한 바깥지름 치수의 비를 3 이상으로 설정하는 것에 의해, 스퍼터링에 의한 수은의 소모를 억제하여, 봉입 수은량의 삭감이 가능해진다. 이에 기초하여, 전극(5)의 비산 물질을 전극(5)의 내주부에 들어갈 수 있도록 확실성을 향상하기 위해서는, 실측예 2및 실측예 3으로부터 추량(推量)하면, 통 형상 전극(5)의 길이치수를 13mm 이상, 바깥지름 치수에 대한 길이치수의 비를 4 이상으로 설정하는 것이 적합하게 된다.

이상과 같이 본 실시형태에 의하면, 상기 고찰에서 서술한 바와 같이, 전극 (5)의 비산 물질이 전극(5)의 내주부에 들어가도록 통 형상 전극(5)의 길이치수를 설정하는 것에 의해, 스퍼터링에 의한 수은의 소모를 억제하여, 봉입 수은량의 삭감이 가능한 냉음극 방전램프(1)를 제공할 수 있다.

다음에, 본 발명의 발광장치의 실시형태에 대해서 설명한다. 도시는 생략하지만, 상기 실시형태의 방전램프(1)는, 장치 본체에 장착해, 발광장치로서 구성할 수 있다. 여기서, 발광장치는, 디스플레이 장치나 이른바 공간을 비추는 조명기구 를 포함한 개념이다. 예를 들면, 액정 패널의 백라이트 장치 등의 각종 디스플레이 장치, 또한, 옥내 또는 옥외에서 사용되는 조명기구에 적용 가능하다. 한편, 백라이트 장치에 있어서는, 직하 방식, 사이드라이트 방식 중 어느 것이라도 적용 가능하다. 이러한 발광장치에 의하면, 상기 실시형태의 효과를 이루는 발광장치를 제공할 수 있다.

도 1은 냉음극 방전램프를 나타내는 단면도이다.

도 2는 본 발명의 실시형태에 관한 냉음극 방전램프를 설명하기 위한 모식적 단면도이다.

도 3은 상기 실시형태에 관한 냉음극 방전램프를 설명하기 위한 모식적 단면도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 : 냉음극 방전램프

2 : 투광성의 기밀 벌브(유리 벌브)

3 : 전극 유닛

4 : 형광체층

5 : 통 형상 전극,

5a : 개구부

5b : 바닥단부

6 : 전극 리드선

Claims (2)

1. 내부에 희가스 및 수은이 봉입되고, 내주면에 형광체층이 형성된 투광성의 기밀 벌브와;

   이 기밀 벌브의 양단부에 대향하여 한 쌍 봉장되고, 일단측을 개구부로 하고 타단측을 바닥단부로 하고, 상기 개구부로부터 바닥단부를 향하는 축방향의 길이치수가 13mm 이상으로서, 바깥지름 치수에 대한 길이치수의 비가 4 이상의 Ni 또는 Ni합금으로 형성된 통 형상 전극과;

   이 통 형상 전극의 상기 바닥단부에 접합되어 급전을 행하는 전극 리드선을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 냉음극 방전램프.
2. 장치 본체와;

   이 장치 본체에 장착된 제 1 항 기재의 냉음극 방전램프를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 발광장치.

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