KR20100100606A

KR20100100606A - 희가스 형광 램프

Info

Publication number: KR20100100606A
Application number: KR1020100012715A
Authority: KR
Inventors: 유키하루 다가와; 노부유키 히시누마
Original assignee: 우시오덴키 가부시키가이샤
Priority date: 2009-03-05
Filing date: 2010-02-11
Publication date: 2010-09-15
Also published as: CN101826442A; JP2010205635A; TW201034047A

Abstract

300nm∼350nm정도의 파장 영역에서, 폭넓은 피크를 가지는 자외선을 출사하는, 액정과 함께 충전된, 모노머를 중합하는 광원에 적합한 희가스 형광 램프를 제공하는 것이다.
발광관의 외부에 설치된 한 쌍의 전극과, 발광관의 내부에 설치된 형광체층을 구비하고, 발광관의 내부에 희가스가 봉입된 희가스 형광 램프에 있어서,
상기 발광관은, 붕규산 유리, 및/또는, 알루미노 규산염 유리를 주성분으로 하고, 전이 금속 산화물의 함유량이 1∼5wt%이며, 알칼리 산화물의 함유량이 1∼5wt%인 유리로 이루어지는 것을 특징으로 하는 희가스 형광 램프.

Description

희가스 형광 램프{RARE GAS FLUORESCENT LAMP}

본 발명은 발광관의 내부에 희가스를 봉입한 희가스 형광 램프에 관한 것이다. 특히, 액정 패널의 제조 공정에 있어서 이용되는 조사 장치의 광원인 희가스 형광 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 제방(선상 돌기)이 설치되어 있다. 그러나, 제방은 광을 차단해 백 라이트의 광을 줄이기 때문에, 표시 화면의 밝기를 줄인다고 하는 문제가 있었다.

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

또, 종래부터 상기의 자외선 조사 용도에 이용되는 램프로서, 예를 들면 저압 수은 램프가 알려져 있다(특허 문헌 2). 도 4는, 종래의 저압 수은 램프를 나타내는 단면도이다.

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

이와 같은 저압 수은 램프(9)는, 방전에 의해 발광관(90) 내의 수은 원자가 전리(電離) 및 여기(勵起)되어, 185nm, 254nm, 313nm, 365nm 등의 파장대의 자외선이 얻어진다.

1): 일본국 특허공개 2008－123008호 2): 일본국 특허공개 20O1－222973호

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 파장이 짧아짐에 따라 흡수하기 쉬워지는 광흡수 특성을 가지고 있다. 따라서, 300nm정도 보다 짧은 파장의 자외선은 액정을 분해하기 쉽기 때문에, 액정 재료에 조사하는 것은 바람직하지 않다고 생각된다.

또, 이 방법에 있어서는, 일반적으로 2개의 유리 기판은 자외선으로 경화하는 봉착제로 접착된다. 이 경화에 이용하는 자외선은 365nm부근에 피크 파장을 가지는 자외선이기 때문에, 모노머는 이 자외선에 의해 중합하지 않도록, 365nm부근의 자외선보다 단파장으로 감광하도록 설계되어 있다. 따라서, 300∼350nm의 파장 영역의 자외선이 필요하게 된다.

그러나, 종래의 저압 수은 램프에 있어서, 출사되는 광에 포함되는 파장 313nm의 피크는, 상대 강도가 매우 크다. 이와 같이 300nm 이상의 장파장이어도, 상대 강도가 너무 큰 경우에는, 액정 재료를 분해할 우려가 있기 때문에, 이 피크 파장을 포함하는 영역의 자외선은 필터 등 여러 가지의 수단에 의해서 억제한다고 하는 방책이 취해진다. 따라서, 발광 물질로서 수은을 봉입한 램프에 있어서는, 이 발광 피크를 포함하는 300∼320nm 광을 유효하게 이용할 수 없다고 하는 과제가 있었다.

즉, 액정과 함께 충전된 모노머를 중합시키기 위한 자외선으로서는 300nm∼350nm의 파장 영역에 있어서, 상대 강도가 너무 큰 발광 피크가 없고, 비교적 폭넓은 피크를 가지는 파장을 갖는 광인 것이 바람직하다.

이상에 의해, 본 발명은 300nm∼350nm정도의 파장 영역에서, 폭넓은 피크를 가지는 자외선을 출사하는, 액정과 함께 충전된, 모노머를 중합하는 광원에 적합한 희가스 형광 램프를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 발광관의 외부에 설치된 한 쌍의 전극과, 발광관의 내부에 설치된 형광체층을 구비하고, 발광관의 내부에 희가스가 봉입된 희가스 형광 램프에 있어서, 상기 발광관은, 붕규산 유리, 및/또는, 알루미노 규산염 유리(alumino silicate glass)를 주성분으로 하고, 전이 금속 산화물의 함유량이 1∼5wt%이며, 알칼리 산화물의 함유량이 1∼5wt%인 유리로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기 발광관의 내면에는, 이 발광관과 동일한 유리 재료의 분말이 퇴적한 반사층이, 둘레방향의 대략 반둘레에 걸쳐 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 청구항 1에 기재된 희가스 형광 램프.

본 발명에 의하면, 발광관을 구성하는 유리가 붕규산 유리, 및/또는, 알루미노 규산염 유리를 주성분으로 하고, 전이 금속 산화물의 함유량이 1∼5wt%이며, 알칼리 산화물의 함유량이 1∼5wt%임으로써, 모노머를 중합하기 위해 적합한 광을 취출할 수 있어, 자외선에 의한 액정의 열화가 발생하기 어려운 희가스 형광 램프를 제공할 수 있다.

또, 본 발명에 의하면, 발광관의 내면에는, 발광관과 동일한 재료의 분말이 퇴적한 반사층이 설치되어 있음으로써, 피조사면에서의 램프로부터의 자외선 조사 강도가 향상한다.

도 1은 본 발명의 제1의 실시 형태에 관련된 희가스 형광 램프를 나타내는 도면이며, (a)는 희가스 형광 램프를 길이 방향을 따라 절단한 단면도이고, (b)는 A－A’선 단면도이다.
도 2는 본 발명의 희가스 형광 램프의 발광 스펙트럼을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 제2의 실시 형태에 관련된 희가스 형광 램프를 나타내는 도면이며, (a)는 희가스 형광 램프를 길이 방향을 따라 절단한 단면도이고, (b)는 A－A’선 단면도이다.
도 4는 종래의 저압 수은 램프를 나타내는 단면도이다.

이하에 도면을 참조하면서 설명한다. 도 1(a)는, 본 발명의 제1의 실시 형태에 관련된 희가스 형광 램프의 단면도이며, (b)는 A－A’선 단면도이다.

도 1에 있어서, 희가스 형광 램프(1)는, 후술하는 소정의 유리로 이루어지는, 내부에 방전 공간 S를 가지는 발광관(10)을 구비하고, 발광관(10)의 외표면 상에, 발광관(10)을 사이에 두고 한 쌍의 띠형상의 외부 전극(13, 14)이 발광관(10)의 관축방향을 따라 배치되어 있다. 발광관(10)의 내면에는 주로 자외광을 발광하는 형광체가 전역에 걸쳐 도포된 형광체층(12)이 형성되어 있다.

또한, 발광관(10)의 형상에 대해서는, 단면이 원형인 것에 한정되지 않고, 직사각형, 그 외여도 된다.

이들의 외부 전극은, 도전성의 것이면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들면, 금, 은, 니켈, 카본, 금 팔라듐, 은 팔라듐, 백금, 알루미늄 등을 적합하게 이용할 수 있고, 발광관(10)의 외표면에 테이프형상 금속을 붙이거나, 도전성 페이스트를 스크린 인쇄하여 소성하거나 함으로써, 실현할 수 있다. 외부 전극의 급전부 이외는, 유리 페이스트를 소성한 보호막에 의해 피복되어 있다.

발광관(10)의 내부에 봉입되는 희가스는, 예를 들면 크세논, 크립톤, 아르곤, 네온 또는 그들의 혼합 가스 등이며, 10∼300Torr 정도 봉입된다.

본 발명에 관련된 희가스 형광 램프에 있어서 적합하게 이용할 수 있는 형광체는, 예를 들면, 유로퓸부활붕산 스트론튬(Sr-B-0：Eu(이하 단순히 SBE라고 부른다), 중심 파장 368nm) 형광체, 세륨부활알루민산 마그네슘 랜턴(La-Mg-Al-0：Ce(이하, 단순히 LAM이라고 부른다), 중심 파장 338nm(단 broad)) 형광체, 가돌리늄, 프라세오디뮴부활인산 랜턴(La-P-O：Gd, Pr(이하 단순히 LAP：Pr, Gd라고 부른다) 형광체, 세륨부활인산 랜턴(LA-P-0：Ce(이하 단순히 LAP：Ce라고 부른다)) 형광체 등이다. 이들의 형광체는 모두 파장 250nm 미만의 영역의 자외선을 흡수해, 각각 가지는 중심 파장대의 자외선으로 변환하여 방사한다.

외부 전극간에 고주파 전압이 인가되면, 유전 재료인 발광관(10)을 통해 방전 공간 S 내에 엑시머 방전이 발생하고, 이 엑시머 방전에 의해 발생한 진공 자외광에 의해 형광체가 여기되어 발광관(10)의 외부에 자외광 등이 출사된다.

이하에, 본 발명에 있어서의 발광관(10)의 구성 및 제조 공정에 대해 설명한다.

우선, 발광관(10)을 구성하는 경질 유리의 원재료가 되는 SiO₂, B₂0₃, Al₂0₃, Na₂0, K₂0, TiO₂ 등의 산화물 분말을 혼합한다. 이들의 원재료로부터 제조되는 경질 유리에 있어서, 예를 들면 자외선의 투과라는 점에서 양호한 것으로서는, 붕규산 유리(Si-B-O계 유리, 연화점：약 800℃), 알루미노 규산염 유리(Si-Al-O계 유리, 연화점：약 900℃) 등이 있으며, 이와 같은 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 적합하게 이용할 수 있다. 이들 전이 금속은, 경질 유리의 300nm 이하의 파장의 투과율을 낮추기 위해 혼합된다. 유리가 되었을 때의 전이 금속 산화물의 함유량은, 다른 산화물과의 중량의 합에 대해서 1∼5wt(중량)%인 것이 바람직하다. 예를 들면, TiO₂를 3wt% 함유시킴으로써 300nm보다 단파장의 자외선의 투과율을 50% 이하로 낮출 수 있다.

또한, 산화물 분말에 알칼리 산화물을 혼합한다. 유리가 되었을 때의 알칼리 산화물의 함유량은, 1∼5wt%인 것이 바람직하다. 알칼리 산화물은, 유리의 연화점을 낮추기 위해 첨가되고, 발광관에 사용되는 유리를 제조 공정에서 가공하기 쉬워진다고 하는 효과가 있다. 구체적으로는, 예를 들면, Na₂O, K₂O 등을 적합하게 이용할 수 있다.

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

일단 용융한 유리를 관 드로잉하여, 소정의 두께, 내경의 유리관을 형성할 수 있다.

상기와 같이 하여 얻어진 유리관에 의하면, 경질 유리에 1∼5wt%의 전이 금속을 함유시킴으로써, 액정을 분해할 우려가 있는 300nm 이하의 자외선의 투과를 억제할 수 있다.

본 발명에 관련된 희가스 형광 램프에 있어서, 형광체로부터 방출되는 광은, 모노머의 중합에 유효한 300∼350nm의 폭넓은 특성을 가지며, 340nm의 피크를 포함하는 광이다.

도 2에 본 발명의 희가스 형광 램프와 종래의 저압 수은 램프의 분광 측정 결과인 발광 스펙트럼을 나타낸다. 도 2의 측정 결과에 있어서, 희가스 형광 램프는 실선으로, 저압 수은 램프는 점선으로 나타냈다. 상대 강도는, 각각의 발광 피크를 100%로 한 값이다. 또한, 희가스 형광 램프의 형광체로는 전술의 LAM을 이용했다.

이 도면에 있어서, B는 저압 수은 램프의 수은에 의한 313nm의 발광 피크이고, A는 희가스 형광 램프의 형광체에 의해 여기된 340nm 근방의 폭넓은 발광 피크이다.

전술과 같이, 자외선은 파장이 짧아질수록, 분자 결합을 분해하는 능력이 높아지기 때문에, 313nm에 B와 같은 강한 피크가 존재하면, 액정이 열화할 우려가 있어 바람직하지 않다. 또, 모노머를 중합하기 위한 340nm 근방의 상대 강도는 매우 낮다.

한편, A는 파장 340nm 근방이 중심 파장인 폭넓은 피크이며, 모노머의 중합을 촉진하는데 적합하다. 또, 300nm 이하의 단파장을 향함에 따라 상대 강도가 저하하고 있으므로, 액정의 열화를 막을 수 있다.

이상과 같이, 본 발명의 희가스 형광 램프는, 300∼350nm의 폭넓은 발광 피크를 가지는 광을 출사하기 때문에, 모노머의 중합을 촉진할 수 있으며, 또한 액정의 열화를 막을 수 있다. 또, 300∼320nm의 범위에는 상대 강도가 큰 피크 등이 존재하지 않기 때문에, 이것을 차폐할 필요가 없고, 이 영역의 광에 대해서도 모노머의 중합에 이용할 수 있다.

도 3(a)는, 본 발명의 제2의 실시 형태에 관련된 희가스 형광 램프의 단면도이며, (b)는 A－A’선 단면도이다. 희가스 형광 램프(1)에 대해서는 도 1에 나타낸 것과 동일한 구성이며, 반사층(15)에 대해서만 상이하므로 설명을 생략한다.

도 3(b)에 나타내는 바와 같이, 발광관(10)의 내표면에는, 둘레방향으로 대략 반둘레에 걸쳐 반사층(15)이 설치되어 있다. 형광체층(12)은 또한 이 반사층(15)의 내표면에 설치되어 있다. 반사층(15)은, 예를 들면 발광관(10)과 동일한 유리 재료의 분말에 의한 입자 퇴적층이며, 이하와 같이 하여 제작된다.

유리 분말을 이용해, 반사층(15)을 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. 이 혼합액을 알루미나 볼과 함께 볼밀(ball mill)에 거치게 하여 충분히 밀링(milling)함으로써, 유리 분말이 분산된 슬러리(이하, 단순히 유리 슬러리라고도 부른다)가 된다.

유리 슬러리는, 발광성(10)의 재료가 되는 유리관의 내면에 도포되고, 건조된 후에 소성된다.

소성 조건은, 대기중에 있어서 약 500∼700℃, 최고 온도에서의 유지 시간이 0.2∼1시간 정도이다. 예를 들면 붕규산 유리, 알루미노 규산염 유리 분말을 이용했을 경우에는, 600∼700℃에서 행하는 것이 바람직하다. 이 소성 과정에 의해 유리 분말은 표면이 연화해, 입자끼리의 부착을 일으킴과 더불어, 발광관(10)에도 부착함으로써 반사층(15)이 된다.

반사층(15)은 입자 전체가 용융하는 용융 온도까지 승온시키지 않고, 표면에서만 결합함으로써 결착하기 때문에, 입자형상을 유지하고 있다. 따라서 이 반사층(15)은, 다수의 유리 입자가 퇴적한 입자 퇴적층이다. 이와 같은 반사층(15)에 의하면, 입사된 자외선은, 그 일부가 유리 입자의 표면에서 반사되고, 또 일부는 굴절하여 입자의 내부를 투과하고 다시 다른 표면에서 반사 또는 굴절하는 등 하여, 자외선을 효율 좋게 산란 반사한다.

도 3(b)에 나타내는 바와 같이, 발광관(10)의 둘레방향으로 대략 반둘레에 걸쳐 반사층(15)이 설치되어 있는 경우에는, 산란 반사에 의해 화살표로 도시한 방향으로 광이 출사된다. 이것에 의해, 피조사면에서의 램프로부터의 자외선 강도가 향상된다.

경질 유리의 분말에 의한 유리층을 소성한 후는, 유리관을 상온까지 냉각하고, 조정이 끝난 형광체의 슬러리를 발광관 내에 도포한다.

유리관의 내면에 형광체를 도포한 후는, 유리관 내에 건조 질소 가스 등을 흐르게 함으로써 형광체 슬러리에 포함되는 아세트산 부틸을 증발시킨다.

형광체를 도포해 건조시킨 유리관(80)을 노에 넣어 소성한다. 소성 조건은 예를 들면 대기중에 있어서 약 500℃∼700℃이며, 최고 온도에서의 유지 시간으로 하여 0.2∼1시간 정도이다.

이상에 의해 발광관 재료용 유리관(80)의 내면에, 반사층(15)과 형광체층(12)을 형성할 수 있다.

1 : 희가스 형광 램프 10 : 발광관
11 : 유리층 12 : 형광체층
13 : 전극 14 : 전극
15 : 반사층 9 : 저압 수은 램프
90 : 발광관 93 : 전극
94 : 전극 S : 방전 공간

Claims

발광관의 외부에 설치된 한 쌍의 전극과, 발광관의 내부에 설치된 형광체층을 구비하고, 발광관의 내부에 희가스가 봉입된 희가스 형광 램프에 있어서,
상기 발광관은, 붕규산 유리, 및/또는, 알루미노 규산염 유리(alumino silicate glass)를 주성분으로 하고, 전이 금속 산화물의 함유량이 1∼5wt%이며, 알칼리 산화물의 함유량이 1∼5wt%인 유리로 이루어지는 것을 특징으로 하는 희가스 형광 램프.
청구항 1에 있어서,
상기 발광관의 내면에는, 이 발광관과 동일한 유리 재료의 분말이 퇴적한 반사층이, 둘레방향의 대략 1/2 둘레에 걸쳐 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 희가스 형광 램프.