KR20100093477A

KR20100093477A - 저압 수은 램프

Info

Publication number: KR20100093477A
Application number: KR1020100009949A
Authority: KR
Inventors: 노부유키 히시누마; 유키하루 다가와
Original assignee: 우시오덴키 가부시키가이샤
Priority date: 2009-02-16
Filing date: 2010-02-03
Publication date: 2010-08-25
Also published as: JP5223716B2; CN101807510A; TW201103072A; JP2010192159A

Abstract

320nm 정도 이하의 광의 출사를 억제하여, 320nm~350nm 정도의 영역의 파장을 갖는 자외선을 출사하는, 액정과 함께 충전된 모노머를 중합하는 광원에 적합한 저압 수은 램프를 제공하는 것이다.
발광관의 내부에 한 쌍의 전극을 갖는 저압 수은 램프에 있어서, 석영 유리로 이루어지는 발광관과, 이 발광관의 내표면에 설치된 전이 금속 산화물을 5wt% 이하 함유한 경질 유리로 이루어지는 유리층과, 이 유리층의 내표면에 설치된 형광체층으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

저압 수은 램프{LOW PRESSURE MERCURY VAPOUR LAMP}

본 발명은 발광관의 내부에 수은을 봉입한 저압 수은 램프에 관한 것이다. 특히, 액정 패널의 제조 공정에서 이용되는 조사 장치의 광원인 저압 수은 램프에 관한 것이다.

종래, 멀티 도메인 수직 배향형(Multi-domain Vertical Alignment mode) 액정 패널에 있어서는, 액정 분자의 배향 규제(프리틸트)용 구조물로서 기판 상에 돌출부(선형상 돌기)가 설치되어 있다. 그러나, 돌출부는 광을 차단하여 백 라이트의 광을 줄이기 때문에, 표시 화면의 밝기를 줄여 버린다는 문제가 있었다.

최근, 액정 분자를 배향 규제(프리틸트)시키는 방법으로서, 액정 패널을 구성하는 2장의 유리 기판간에 중합성 성분(모노머, 또는 올리고머 등, 이하 모노머라고 기술한다)을 함유한 액정을 충전하여, 전압을 인가하면서 자외선을 조사함으로써, 모노머를 중합하여 액정 분자의 경사 방향(프리틸트각)을 규제하는 액정 패널의 제조 방법이 제안되어 있다(특허 문헌 1).

또, 종래부터 자외선 조사에 이용되는 저압 수은 램프가 알려져 있다(특허 문헌 2). 도 4는, 종래의 저압 수은 램프를 나타낸 단면도이다.

저압 수은 램프(9)의 발광관(90)은 합성 석영 유리나 용융 석영 유리, 붕규산 유리 등으로 이루어지며, 내부에 필라멘트 마운트로 이루어지는 전극(93, 94)을 구비하고 있다. 발광관(90) 내부에는 예를 들면 아르곤 등의 희가스와 수은이 봉입되고, 양단이 박시일에 의해 시일링되어 있다.

이러한 저압 수은 램프(9)는, 방전에 의해 발광관(90) 내의 수은 원자가 전리 및 여기되어, 185nm, 254nm, 313nm, 365nm 등의 파장대의 자외선을 얻을 수 있다.

(특허문헌1)일본국공개특허2008-123008호 (특허문헌2)일본국공개특허2001-222973호

상기의 액정 패널의 제조 방법에 있어서는, 자외선의 조사에 의해 모노머가 중합되지만, 동시에 액정에도 자외선이 조사되기 때문에, 액정의 열화가 문제가 된다.

액정은 유기물이며, 자외선에 의해 분자 결합이 분해될 가능성이 있다. 자외선은 파장이 짧아질수록 광자 에너지가 커지고, 분자 결합을 분해하는 능력이 높아진다. 또, 액정 재료는 320nm 정도로 흡수단(端)을 가지며, 파장이 짧아짐에 따라 흡수하기 쉬워지는 광흡수 특성을 갖고 있다. 따라서, 320nm 정도보다 짧은 파장의 자외선은 액정을 분해하기 쉽기 때문에, 액정 재료에 조사하는 것은 바람직하지 않다고 생각된다.

또, 이 방법에 있어서는, 일반적으로 2장의 유리 기판은 자외선으로 경화되는 봉착제로 접착된다. 이 경화에 이용하는 자외선은 365nm 부근에 피크 파장을 갖는 자외선이기 때문에, 모노머는 이 자외선에 의해 중합되지 않도록, 365nm 부근의 자외선보다 단파장으로 감광하도록 설계되어 있다.

이상으로부터, 액정과 함께 충전된 모노머를 중합시키기 위한 자외선으로서는 320nm~350nm 정도의 영역의 파장을 갖는 광인 것이 바람직하다.

그러나, 종래의 저압 수은 램프에 있어서는, 출사되는 광은 320nm 이하의 수은에 의한 254nm나 313nm의 상대 강도가 큰 피크 파장을 갖는다. 이것을 해결하기 위해서는, 발광관의 내면에 소정의 형광체를 도포하고, 광의 파장을 340nm 정도의 발광으로 변환한다는 방책을 생각할 수 있다. 그러나, 형광체는 185nm나 254nm의 발광을 흡수할 수 있지만, 313nm의 광을 흡수할 수 없다. 따라서, 320nm 이하의 파장의 광이 조사되어 액정 재료를 분해해 버릴 우려가 있다.

이상에 의해, 본 발명은 320nm 정도 이하의 광의 출사를 억제하여, 320nm~350nm 정도의 영역의 파장을 갖는 자외선을 출사하는, 액정과 함께 충전된 모노머를 중합하는 광원에 적합한 저압 수은 램프를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은, 발광관의 내부에 한 쌍의 전극을 갖는 저압 수은 램프에 있어서, 석영 유리로 이루어지는 발광관과, 이 발광관의 내표면에 설치된 전이 금속 산화물을 5wt% 이하 함유한 경질 유리로 이루어지는 유리층과, 이 유리층의 내표면에 설치된 형광체층으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명은, 상기 유리층은 유리 분말이 퇴적한 유리층인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 저압 수은 램프에 의하면, 액정 패널의 제조 공정에 있어서 기판 내에 액정과 함께 충전되는 모노머의 중합에 이용되는 자외선을 출사할 수 있고, 발광관 내표면에 설치된 유리층에 의해, 수은에 의한 피크 파장 313nm의 발광에 대해서 투과율을 대폭으로 낮출 수 있다. 이것에 의해, 액정 재료의 열화를 일으키는 일 없이, 파장 320~350nm의 자외선에 의해 모노머의 중합을 적합하게 행할 수 있다.

또, 본 발명에 의하면, 유리층을 입자 형상의 유리 분말이 퇴적한 층으로 구성함으로써, 응력을 완화하여 크랙의 발생을 방지할 수 있다.

(a)은 본 발명에 관련된 저압 수은 램프를 길이 방향을 따라 절단한 단면도이며, (b)는 A-A＇선 단면도이다. 본 발명에 있어서 유리관 내에 유리층을 형성하는 방법을 설명하기 위한 도이다. 본 발명에 있어서의 유리층에 대해서 설명하기 위한 모식도이다. 종래에 있어서의 저압 수은 램프를 길이 방향을 따라 절단한 단면도이다.

도 1(a)은 본 발명에 관련된 저압 수은 램프를 길이 방향을 따라 절단한 단면도이며, (b)는 A-A＇선 단면도이다.

저압 수은 램프(1)는, 발광관(10)의 내부에 한 쌍의 전극을 구비하고 있다. 발광관(10)의 재료는 석영 유리이며, 예를 들면 용융 석영 유리이다. 전극은 내부 리드와 필라멘트로 구성되는 필라멘트 마운트에 의한 전극(13, 14)이며, 발광관(10)의 양단에 있어서 시일링된 박(16)을 통하여 외부 리드(17)와 전기적으로 접속되어 있다. 급전은 이 외부 리드(17)에 의해 행해진다. 발광관(10)의 내부에는 방전 물질로서, 예를 들면 아르곤 등의 희가스와 수은이 봉입된다. 봉입량은 예를 들면 아르곤 4KPa(30Torr)이며, 수은이 10mg이다.

도 1(b)에 나타내는 바와 같이, 이 발광관(10)의 내면에는 2개의 층이 형성되어 있다. 발광관(10)의 내표면 상에 접하여 설치되는 것은, 경질 유리에 의한 유리층(11)이다. 또한 유리층(11)의 표면 상에는 형광체층(12)이 설치된다.

이하에 발광관(10)의 내면에 유리층(11) 및 형광체층(12)을 형성하는 방법에 대해서, 도 2 또는 도 3을 참조하면서 설명한다.

우선, 발광관의 내면에 설치한 유리층의 재료의 제조에 대해서 설명한다.

경질 유리의 원재료가 되는 SiO₂, B₂O₃, Al₂O₃, Na₂O, K₂0, TiO₂ 등의 산화물 분말을 혼합한다. 이들 원재료로부터 제조되는 경질 유리에 있어서, 예를 들면 자외선의 투과라는 점에서 양호한 것은, 붕규산 유리(Si-B-O계 유리, 연화점: 약 800℃), 알루미노규산 유리(Si-Al-O계 유리, 연화점: 약 900℃) 등이며, 이러한 경질 유리는 단독으로 이용하거나, 적절한 비율로 혼합하거나 하여 이용할 수 있다.

혼합한 산화물 분말에 전이 금속을 혼합한다. 전이 금속이면 기본적으로 재료가 한정되는 것은 아니며, 예를 들면 Ti, V, Cr, Fe 등을 적절하게 이용할 수 있다. 이들 전이 금속은, 경질 유리의 320nm 이하의 파장의 투과율을 낮추기 위해서 혼합된다. 전이 금속의 함유량은, 산화물과의 중량의 합에 대해서 5wt(중량)% 이하인 것이 바람직하다. 예를 들면, TiO₂를 3% 함유시킴으로써 320nm보다 단파장의 자외선의 투과율을 50% 이하로 낮출 수 있다.

혼합한 산화물 분말은, 노(도가니)에 넣어져 가열되어 용해된다. 온도는 조성에 따라 적절히 설정되지만, 예를 들면 1000~1700℃이다.

용융하여 유리 형상이 된 것은, 취출되어 고체화된다. 고체화된 유리는 분쇄되어, 체에 걸러져 입자의 크기 마다 분급된다. 이상에 의해 소정의 분말 사이즈의 유리 분말을 얻을 수 있다. .

유리 분말을 이용하여, 유리층을 형성하기 위한 슬러리를 제작한다. 사용하는 유리 분말의 평균 입경은 0.5~10μm이며, 바람직하게는 1~5μm이다.

이 유리 분말을, 니트로셀룰로오스와 아세트산 부틸의 혼합액(중량비 1:4의 비율)과 혼합한다. 혼합액을 알루미나 볼과 함께 볼 밀에 돌려 충분히 밀링함으로써, 유리 분말이 분산된 슬러리(이하, 간단히 유리 슬러리라고도 부른다)가 된다.

계속하여, 유리 슬러리를 발광관 재료인 유리관의 내면에 도포한다.

도 2는, 본 발명에 있어서 유리관 내에 유리층을 형성하는 방법을 설명하기 위한 도이다.

본 발명의 저압 수은 램프의 발광관이 되는 발광관 재료용 유리관(80)은, 도 2에 나타내는 바와 같이 내부에 방전 공간이 되는 내부 공간을 구비하고, 길이 방향의 양단부가 시일링된 유리관이며, 양단부에는 내부와 외부가 연통하는 소관(83A, 83B)을 구비하고 있다.

이 유리관(80)을 수직으로 유지하여, 유리 슬러리를 채운 용기의 액면에, 소관(83B)을 넣고, 소관(83A)로부터 흡인에 의해 유리 슬러리를 빨아 올리면, 유리관(80) 내부에 유리 슬러리가 충전된다. 충전 후, 유리 슬러리를 소관(83B)로부터 배출하면, 유리관(80)의 내면에 유리 슬러리가 도포된 상태가 된다.

유리 슬러리의 점도나 도포 회수를 조정하면, 최종적으로 얻어지는 유리층의 두께를 바꿀 수 있다. 도포된 유리 슬러리의 두께는, 박리를 방지하기 위해서 1~30μm인 것이 바람직하다.

또한, 소관(83A, 83B)에 대해서는, 발광관의 형상에 따라서는 반드시 필요하지는 않으며, 유리관(80)이 관 형상인 상태에도 유리 슬러리나 후술하는 형광체에 대해서, 도포나 건조를 행할 수 있다.

유리 슬러리를 도포한 후, 유리관(80)의 소관(83A)로부터 다른쪽의 소관(83B)로 건조 질소 가스를 흐르게 하고, 유리 슬러리에 포함되는 아세트산 부틸을 증발시킨다. 이것에 의해, 유리관(80)의 내표면 상에, 두께가 1~30μm의 유리 분말이 퇴적한 층이 형성된다. 건조에 이용하는 기체는 건조 공기여도 된다.

유리관(80)을 가열하여, 유리 분말의 층을 소성한다. 소성 조건은, 대기 중에 있어서 약 500~1000℃, 최고 온도에서의 유지 시간이 0.2~1시간 정도이다. 상기 서술한 붕규산 유리, 알루미노규산 유리를 이용한 경우에는, 600~900℃에서 행하는 것이 바람직하다. 이 소성 과정에 의해 유리 분말은 연화점까지 이르고, 입자끼리가 융착하여 결합함과 함께, 유리관(80)에 융착하여, 유리관(80)에 결착된 유리층(11)이 된다.

유리층(11)은 입자 전체가 용융하는 용융 온도까지 승온시키지 않고도, 표면만으로 결합함으로써 결착되기 때문에, 입자 형상을 유지하고 있다.

유리층을 구성하는 경질 유리 분말이 입자 형상을 유지하고 있을 때에는 이하와 같은 효과가 있다.

도 3은 본 발명에 있어서의 유리층에 대해서, 유리 분말과 유리관이 융착되어 있는 모습을 나타낸 설명을 위한 모식도이다. 이 도에 있어서 유리 분말은 설명을 위해 크기를 과장하여 표현되어 있다. 또, 접착의 모습도 설명을 위해 과장하여 표현되어 있다.

유리 분말(20A)와 유리 분말(20B)는 입자 전체가 융착하여 일체가 되어 있는 것이 아니라, 예를 들면 대략 구형상의 입자 형상을 유지하며, 그 표면의 일부끼리가 적은 면적으로 접촉하여 융착되어 있다.

마찬가지로, 유리관(80)과 유리 분말(20A), 또는 유리 분말(20B)나, 표면의 일부끼리가 적은 면적으로 접촉하여 융착되어 있다.

발광관(10)의 재료인 석영 유리의 열팽창 계수는, 실온 부근에서 5×10^-7~7×10^-7(1/K)인데 반해, 경질 유리인 경우, 많게는 30×10^-7~50×10^-7(1/K)이다. 석영 유리의 표면 상에, 어느 정도의 두께(10μm정도)로 용융되어 일체가 된 유리층을 형성한 경우, 열팽창 계수의 차에 의해 경질 유리층에 크랙이 발생해 버린다. 이 때문에, 경질 유리는 분말 형상으로 입자 형상을 대체로 유지함으로써, 표면의 일부끼리가 적은 면적으로 접촉하여 융착되어 있는 쪽이 열팽창 계수의 차에 의한 응력을 완화할 수 있기 때문에, 바람직하다.

경질 유리의 분말에 의한 유리층을 소성한 후에는, 유리관(80)을 상온까지 냉각하여, 조정을 마친 형광체의 슬러리를 발광관 내에 도포한다.

형광체의 도포 방법은 먼저 설명한 유리 슬러리의 도포 방법과 동일하며, 유리관(80)을 수직으로 유지하여, 형광체 슬러리를 채운 용기의 액면에 한쪽의 소관(83B)를 넣고, 한쪽의 소관(83A)로부터 흡인을 행하여, 형광체 슬러리를 빨아 올려 유리관(80) 내부에 충전하고, 그 후 소관(83B)로부터 배출함으로써 도포한다.

본 발명에 관련된 저압 수은 램프에 있어서 적합하게 이용할 수 있는 형광체는, 예를 들면, 유로퓸 부활(付活) 붕산 스트론튬(Sr-B-O:Eu, 중심 파장 368nm) 형광체, 세륨 부활 알루민산 마그네슘 란탄(La-Mg-Al-O:Ce, 중심 파장 338nm(단 broad)) 형광체, 가돌리늄, 프라제오딤 부활 인산 란탄(La-P-O；Gd, Pr) 형광체 등이다. 이들 형광체는 모두 파장 254nm 부근보다 짧은 파장 영역의 자외선을 흡수하여, 각각 가지고 있는 중심 파장대의 자외선으로 변환하여 방사한다.

형광체 슬러리에 의해, 유리관(80)의 내면에 형광체를 도포한 후에는, 소관(83A)로부터 다른쪽의 소관(83B)에 건조 질소 가스 등을 흐르게 함으로써 형광체 슬러리(2)에 포함되는 아세트산 부틸을 증발시킨다.

형광체를 도포하여 건조시킨 유리관(80)을 노에 넣고 소성한다. 소성 조건은 예를 들면 대기 중에 있어서 약 500℃~800℃이며, 최고 온도에서의 유지 시간으로 하여 0.2~1시간 정도이다.

이 소성 공정에 있어서, 형광체층과 유리층의 경계면에서 유리의 연화가 발생하여 형광체가 유리층에 결착되어, 강고한 결합 상태가 얻어진다.

이상에 의해 발광관 재료용 유리관(80)의 내면에, 경질 유리층(11)과 형광체층(12)을 형성할 수 있다.

유리층(11)과 형광체층(12)을 형성한 유리관(80)에는 내부에 방전 물질이 봉입되고, 전극이 장착되어, 기밀하게 시일링된다.

다시 도 1(a)로 되돌아와, 유리층(11) 및 형광체층(12)의 역할에 대해서 설명한다.

본 발명에 있어서는, 저압 수은 램프로부터 방사되는 자외선 중, 상대적으로 발광 강도가 강한 피크 파장 185nm, 254nm, 313nm의 발광이 문제가 된다. 상기 서술한 바와 같이 이들 피크 파장은 320nm 이하의 강한 에너지를 갖는 자외선이며 액정 재료를 분해할 우려가 있기 때문이다.

그 중에서 185nm, 254nm의 발광에 대해서는, 상기 서술한 대로 소정의 형광체층에 의해 흡수할 수 있다.

본 발명에 있어서는, 유리층(11)에 의해 피크 파장 313nm의 자외선에 대해서투과율을 대폭으로 낮출 수 있다. 유리층(11)을 구성하는 경질 유리가 상기 서술한 붕규산 유리나 알루미노 규산 유리 등을 주성분으로 하는 경질 유리이며, 이 유리층에 전이 금속이 5wt% 이하 포함됨으로써, 313nm의 발광에 대해서도 투과율을 대폭으로 낮출 수 있다. 이것에 의해, 본 발명에 관련된 저압 수은 램프는, 320nm 정도 이하의 광의 출사를 억제하여, 320nm~350nm 정도의 영역의 파장을 갖는 자외선을 출사할 수 있다.

또, 본 발명에 있어서는 저압 수은으로부터 출사되는 파장 320~350nm의 투과성을 높이기 위해서 발광관(10)에 석영 유리를 이용하고 있다. 유리층(11)은 경질 유리이며, 석영 유리와의 열팽창 계수가 크게 상이하다. 이 유리층(11)을 입자 형상의 유리 분말이 퇴적한 층으로 구성함으로써, 접촉 면적을 줄여 응력을 완화하여, 크랙의 발생을 방지할 수 있다.

1: 저압 수은 램프 10: 발광관
11: 유리층 12: 형광체층
13: 전극 14: 전극
16: 박 17: 외부 리드
20A: 유리 분말 20B: 유리 분말
80: 유리관 83A: 소관
83B: 소관 9: 저압 수은 램프
90: 발광관 93: 전극
94: 전극 96: 박
97: 박 S: 방전 공간

Claims

발광관의 내부에 한 쌍의 전극을 갖는 저압 수은 램프에 있어서,
석영 유리로 이루어지는 발광관과, 이 발광관의 내표면에 설치된 전이 금속 산화물을 5wt% 이하 함유한 경질 유리로 이루어지는 유리층과, 이 유리층의 내표면에 설치된 형광체층으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 저압 수은 램프.
청구항 1에 있어서,
상기 유리층은, 유리 분말이 퇴적한 유리층인 것을 특징으로 하는 저압 수은 램프.