KR20110010059A - 자외선 방전 램프 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자외선 방전 램프에 관한 것으로, 모재질의 100% 중에 10% 이상의 산화나트륨이 함유된 소다석회 유리제의 투명 유리 발광관(11)은 자외선 방전 램프가 필요로 하는 320~340㎚의 파장으로 80% 이상의 투과율을 얻고, 발광관(11)은 예를 들어 관 직경(D)이 38㎜, 관 길이(L)가 2367㎜이고, 발광관(11)내에는 대향한 한쌍의 전극(121,122)을 배치함과 동시에, 아르곤 가스등의 희가스와 일정량의 수은이 봉입되어 있으며, 그리고 발광관(11)의 내벽에, 수은 스펙트럼인 253.7㎚를 변환하고 300~340㎚ 사이에 변환 효율의 피크를 갖는 형광체량을 N(㎎)으로 하고 도포하는 내표면적을 S(㎠)로 했을 때, N/S가 2＜(N/S)＜7에서의 조건으로 도포한 것을 특징으로 한다.

Description

자외선 방전 램프{ULTRAVIOLET DISCHARGE LAMP }

본 발명은 자외선의 방사를 실시하여 고분자 소재의 중합이나 경화를 실시하는, 예를 들어 액정 패널 제조 공정에서 사용되는 자외선 방전 램프에 관한 것이다.

종래의 자외선 형광 램프는 소다석회 유리로 이루어진 발광관의 내부에 수은 및 희가스를 포함하는 방전 매체를 봉입하고, 발광관 내부에 저압 수은 증기 방전을 일으키도록 한쌍의 전극을 배치하고 있다. 또한, 발광관의 내면에 파장이 320~400㎚의 근자외선을 발광하는 Ce(MeBa)Al₁₁O₁₉, YPO₄:Ce, LaPO₄:Ce 등의 형광체를 적어도 하나 또는 조합하여 도포함으로써 자외선 경화형 수지의 내부에 침투성이 높은 UV-A 영역의 광과 자외선 경화형 수지의 표면을 경화시키는 힘이 강한 UV-C의 광을 1개의 램프로 동시에 얻을 수 있다(예를 들어, 일본 공개특허공보 2002-358926호).

상기한 일본 공개특허공보 2002-358926호의 기술에서는 경시 변화와 함께 수은이 발광관에 들어감으로써, 밸브 투과율이 저하되어 길이 방향의 조도 분포의 차가 발생하거나, 점등중의 형광체의 수은 흡착에 의해 변환 효율이 저하되어, 소정의 자외선 강도를 유지할 수 없다는 문제가 있었다.

본 발명의 목적은 램프의 축방향의 조도차를 감소시키고 또한 램프 조도의 유지율의 개선을 도모하도록 한 자외선 방전 램프를 제공하는 데에 있다.

상기한 과제를 해결하기 위해 본 발명의 자외선 방전 램프에서는 소다석회 유리로 형성된 발광관과, 상기 발광관 본체내에 봉입된 시동용 불활성 가스 및 수은과, 상기 발광관내에 대향하여 설치된 한쌍의 방전 전극을 구비하고, 상기 발광관 내벽에 수은 스펙트럼인 253.7 ㎚를 변환하고, 300~340 ㎚ 사이에 변환 효율의 피크를 갖는 형광체의 양을 N(㎎)으로 하고, 도포하는 내표면적을 S(㎠)로 했을 때 N/S가 2＜(N/S)＜7인 조건으로 상기 형광체를 도포한 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면 램프의 축 방향의 조도차를 감소시키고 또한 램프 조도의 유지율의 개선을 도모하도록 한 자외선 방전 램프를 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 자외선 방전 램프에 관한 제 1 실시 형태에 대해서 설명하기 위해 일부를 잘라 도시한 구성도,
도 2는 일반의 소다 유리에서의 자외선 투과율에 대해서 설명하기 위한 설명도,
도 3은 본 발명에 사용되는 형광체가 발하는 파장에 대해서 설명하기 위한 설명도,
도 4는 본 발명에 사용하는 형광체의 발광 분포에 대해서 설명하기 위한 설명도,
도 5는 형광체량과 자외선 조도의 관계에 대해서 설명하기 위한 설명도,
도 6은 본 발명의 자외선 방전 램프에 관한 제 2 실시 형태에 대해서 설명하기 위한 주요부만을 잘라 확대하여 도시한 단면도,
도 7은 본 발명의 제 2 실시 형태의 효과에 대해서 설명하기 위한 설명도,
도 8은 본 발명의 제 3 실시 형태를 설명하기 위한, 란탄이 첨가되지 않은 종래의 램프 길이 방향의 시간 경과에 대한 조도 분포에 대해서 설명하기 위한 설명도,
도 9는 본 발명의 제 3 실시 형태를 설명하기 위한 란탄이 첨가된 본 발명의 램프 길이 방향의 시간 경과에 대한 조도 분포에 대해서 설명하기 위한 설명도,
도 10은 란탄의 첨가량과 조도의 신뢰성의 관계에 대해서 설명하기 위한 설명도,
도 11은 본 발명의 자외선 방전 램프에 관한 제 4 실시 형태에 대해서 설명하기 위한 주요부만을 잘라 확대하여 도시한 단면도, 및
도 12는 본 발명의 제 4 실시 형태의 효과에 대해서 설명하기 위한 설명도이다.

이하, 본 발명을 실시하기 위한 형태에 대해서, 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 자외선 방전 램프에 관한 제 1 실시 형태에 대해서 설명하기 위한 것으로, 도 1에서는 자외선 방전 램프의 일례로서 열음극 저압 수은 램프의 구성도의 일부를 잘라 도시하고 있다.

도 1에서 "11"은 340㎚ 파장에서 80% 이상의 투과율이 얻어지는 Na₂O(산화나트륨)이 10% 이상 포함되는 염가의 소다석회 유리제의 투명한 발광관을 나타내고 있다. 소다석회 유리를 사용한 경우의 발광관의 투과율은 도 2에 도시한 바와 같이 340㎚의 파장에서 80% 이상의 투과율을 얻을 수 있다.

발광관(11)은 예를 들어 관 직경(D)이 38㎜, 관 길이(L)가 2367㎜이고, 양단에는 전극(121, 122)을 갖고 있다. 전극(121)에서는 도전성 리드선(131)에 의해 코일 형상의 텅스텐 필라멘트(14)의 양단이 지지되어 있다. 리드선(131)은 유리 프레스 밀봉부(15)를 관통하고 있다. 전극(122)도 전극(121)과 동일한 구성으로 되어 있다. 전극(121)측의 리드선(131)과 전극(122)측의 리드선은 램프가 대향하는 양단부에 고정 부착된 구금(口金)(161, 162) 각각에 있는 핀 형상 접점(171, 172)에 접속된다.

또한, 발광관(11)에는 1~10 Torr 정도의 저압력으로 아르곤(Ar) 가스 등의 희가스와 일정량의 수은이 봉입되어 있다.

도 3은 발광관(11)의 내측의 표면에 도포하는 여러 가지 있는 형광체 중, 예를 들어 니치아 가가쿠 고교(주)제의 NP-806, NP-805, NP-807의 파장에 대한 휘도를 나타내고 있다. 여기에서는 300~340㎚의 파장 사이에 변환 효율의 피크를 갖는 형광체(18)로서 NP-806이 적합하다. 이 NP-806은 LaPO₄(인산 란탄):Ce(세륨)을 조성으로 한 것이다.

이와 같이 구성된 열음극 저압 수은 램프의 전극(121, 122)으로부터 전력이 공급되면 도 4에 도시한 바와 같이 300~340㎚의 파장 사이에 피크를 갖는 분광 분포의 특성을 확보하는 것이 가능해진다.

도 5는 형광체(18)에 NP-806을 사용하여, 형광체량(㎎/㎠) 당의 상대 자외선 조도(%)에 대해서 도시한 것이다. 즉, 형광체(18)의 형광체량은 단위내표면적 3.9㎎/㎠으로 발광관(11)의 내표면 전역에 도포한 경우에 자외선 조도가 가장 높아진다. 상대 자외선 조도가 높아지면, 처리 효율(시간이나 반응성)이 높아져 효과적이다.

이 결과, 형광체(18)의 변환 효율과 자외선의 투과율을 최적인 조건을 발견하여 규정함으로써 더욱 축방향의 분포도 개선할 수 있었다.

여기에서는 발광관(11)의 내벽에 수은 스펙트럼인 253.7㎚를 변환하고, 300~340㎚ 사이에 변환 효율의 피크를 갖는 형광체량을 N(㎎)로 하고, 도포하는 내표면적을 S(㎠)로 했을 때, 규정값을 2＜(N/S)＜7인 조건으로 형광체(18)를 도포했다.

N/S의 값이 2보다 적은 경우에는 투과율은 올라가지만 형광체량이 적으므로 발광 효율이 떨어짐과 동시에, 발광관으로의 수은의 흡착이 증가하여 자외선 유지율이 내려간다. 반대로, N/S의 값이 7보다 많아지면, 변환된 자외선이 형광체에 의해 흡수되고, 램프 외면으로부터 방출되는 자외선량이 감소된다. NP-806을 형광체(18)로서 사용한 경우에서의 도포량의 최적값은 3.9㎎/㎠ 정도이다.

형광체(18)의 도포량은 얇게 할수록 좌우차는 없어지지만, 변환 효율의 저하나 형광체에 밸브 열화가 발생한다. 이 실시 형태와 같이 2＜(N/S)＜7의 관계를 만족시킨 형광체량으로 도포함으로써, 형광체(18)의 열화를 억제하면서 축방향의 조도차를 감소시킬 수 있다. 여기에서, N/S의 값이 2.4＜(N/S)＜5.7의 조건이면 상대 자외선 조도가 95%가 되므로 바람직하다.

도 6, 도 7은 본 발명의 자외선 방전 램프에 관한 제 2 실시 형태에 대해서 설명하기 위한 도면이다. 도 6은 주요부만을 잘라 확대하여 도시한 단면도, 도 7은 도 6의 효과에 대해서 설명하기 위한 설명도이다.

본 실시 형태에서는 도 6에 도시한 바와 같이 발광관(11)과 형광체(18) 사이에 알루미나(Al₂O₃)를, 예를 들어 도포에 의한 수단으로 구성한 보호막(61)을 개재시키고 있고, 단면상 발광관(11), 형광체(18), 보호막(61)이 적층된 상태가 되어 있다.

보호막(61)은 수은이 발광관(11)에 들어가는 것을 억제할 수 있고, 발광관(11)의 투과율 저하를 억제할 수 있다. 이 때문에, 경년 변화에 따른 조도의 유지율 저하를 억제할 수 있다.

상기 실시 형태에서는 2＜(N/S)＜7의 관계를 만족시킨 형광체량으로 도포함으로써 형광체(18)의 열화를 억제하면서 축방향의 조도차를 감소시킴과 동시에, 또한 조도 유지율의 개선이 가능해진다.

또한, 보호막(61)의 작용에 의해 발광관(11)에 수은이 들어가는 것을 억제할 수 있고, 조도 유지율의 개선을 도모할 수 있다. 이 점은 도 7에 도시한 바와 같이 보호막(61)이 있는 편이, 1200시간 경과후에서도 90%의 조도를 유지할 수 있는 것이 확인되어 있다.

이 실시 형태에서는 축방향의 조도차를 감소시킴과 동시에, 보호막을 설치함으로써 조도 유지율의 개선을 도모하는 것이 가능해진다.

도 8, 도 9는 본 발명의 제 3 실시 형태에 대해서 설명하기 위한 도면이다. 도 8은 종래의 단위 면적 당의 조도 분포에 대해서 설명하기 위한 설명도, 도 9는 본 실시 형태에서의 단위 면적 당의 조도 분포에 대해서 설명하기 위한 설명도이다.

본 실시 형태는 도 1에서 설명한 자외선 방전 램프의 형광체(18)에, 란탄(La)을 형광체 중량비의 0.5%로 첨가시킨 형광체(181)를 사용한 것이다. 란탄이 첨가된 형광체(181)는 란탄이 수은의 흡착을 억제하므로 형광체(181)의 열화를 억제하는 작용이 있다.

또한, 란탄의 첨가량으로서는 0%를 포함하지 않는 2% 이하가 바람직하고, 2%를 초과하면 반대로 변환 효율이나 투과율이 저하되고, 자외선 출력의 저하를 일으키게 된다.

즉, 란탄이 첨가되지 않은 종래의 형광체의 램프 축방향에서의 단위 면적당의 조도는 도 8에 도시한 바와 같은 분포가 된다. 또한, 란탄이 첨가된 본 발명의 형광체의 램프 축방향에서의 단위 면적 당의 조도는 도 9에 도시한 바와 같은 분포가 된다.

란탄이 첨가되지 않은 경우에는 도 8에 도시한 바와 같이 점등 시간이 48시간부터 100시간에 걸쳐 조도의 저하가 보인다. 또한, 란탄이 첨가된 경우에는 도 9에 도시한 바와 같이 점등 시간이 100시간을 경과해도 점등 시간이 24시간과 동등한 조도가 얻어지고 있다.

여기에서 도 10을 참조하여 란탄의 첨가량과 조도의 신뢰성의 관계에 대해서 설명한다.

즉, 란탄이 첨가되지 않은 초기의 조도를 100%로 한 경우에는 발광 스펙트럼이 보임과 동시에, 2000 시간 경과후의 조도 유지율은 85.7%였다. 란탄이 0.5% 첨가되었을 때의 초기의 조도는 99%이고, 발광 스펙트럼은 란탄이 첨가되지 않은 경우와 변화없이, 2000시간 경과후의 조도 유지율은 91.8%였다. 동일하게, 란탄이 2.0% 첨가되었을 때의 2000시간 경과후의 조도 유지율은 90.8%였다.

또한, 란탄이 3.0% 첨가되었을 때의 초기의 조도는 78%이고 발광 스펙트럼은 란탄이 첨가된 경우와 변화가 없지만, 2000시간 경과후의 조도 유지율은 88.2%였다.

이와 같은 점에서 2000시간 경과후에서도 조도의 유지율이 90% 이상을 나타내는 란탄의 양은 너무 많아도 조도 유지가 어렵고, 0%를 포함하지 않는 2.0% 이하에서 실현할 수 있는 것을 알 수 있었다.

이 실시 형태에서는 형광체에 란탄을, 형광체 중량비의 0%를 포함하지 않는 2% 이하의 범위에서 첨가시킴으로써 장시간에 걸쳐 충분한 조도를 얻는 것이 실현 가능해진다.

도 11, 도 12는 본 발명의 자외선 방전 램프에 관한 제 4 실시 형태에 대해서 설명하기 위한 도면이다. 도 11은 주요부만을 잘라 확대하여 도시한 단면도, 도 12는 도 11의 효과에 대해서 설명하기 위한 설명도이다.

본 실시 형태는 형광체에 란탄이 첨가된 상기의 제 3 실시 형태에 추가하여 도 11에 도시한 바와 같이 형광관(11)과 형광체(181) 사이에, 알루미나(Al₂O₃)를 예를 들어 도포에 의한 수단으로 형성한 보호막(61)을 개재시키고, 단면상 발광관(11), 형광체(181), 보호막(61)을 적층시키도록 구성한 것이다.

보호막(61)은 수은이 발광관(11)에 들어가는 것을 억제하여, 발광관(11)의 투과율 저하를 억제할 수 있다. 이 때문에, 경년 변화에 따른 조도의 유지율 저하를 억제할 수 있다.

도 12는 램프의 길이 방향에서의 경시 변화에 따른 조도의 변화에 대해서 도시하는 것으로, 100시간 경과후에서도 24시간 경과와 동등한 단위 면적 당의 조도에 변화는 없고 보호막(61)에 의한 조도의 유지율의 개선을 나타내고 있다.

본 실시 형태에서는 란탄의 첨가에 의해 형광체의 열화를 억제하면서 축방향의 조도차를 감소시킬 수 있다. 또한, 보호막의 작용에 의해 발광관에 수은이 들어가는 것을 억제할 수 있고 조도 유지율의 개선을 도모할 수 있다.

또한, 본 발명은 상기한 실시 형태에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 일반의 자외 발광형 열음극 램프를 사용한 제작이 가능한 점에서, 동(同)램프의 발광 길이를 차세대 액정 기판 등의 대형 크기의 패널 조사에 필요한 2500㎜ 초과하는 램프에의 적용도 가능하다.

또한, 발광관은 소다석회 유리를 예로 들었지만, 340㎚ 부근의 파장으로 80%의 투과율이 얻어지면 좋고, 경질 유리 또는 반경질 유리를 사용해도 상관없다. 소다석회 유리와 경질 유리의 경우, 경질 유리의 쪽이 단파장의 투과율이 좋은 점에서 높은 조도를 얻을 수 있다.

상기한 본 발명의 실시 형태에 의하면 형광체량을 규정함으로써 램프의 축방향의 조도차를 감소시킴과 동시에 램프 조도의 유지율의 개선을 도모하는 것이 가능해진다.

11: 발광관 121,122: 전극
131: 리드선 14: 텅스텐 필라멘트
15: 밀봉부 161, 162: 구금
171, 172: 핀 형상 접점 18, 181: 형광체
61: 보호막

Claims (4)

1. 340㎚ 부근의 파장으로 80%의 투과율이 얻어지는 유리제의 발광관,
   상기 발광관 본체내에 봉입된 시동용 불활성 가스 및 수은, 및
   상기 발광관내에 대향하여 설치된 한쌍의 방전 전극을 구비하고,
   상기 발광관 내벽에, 수은 스펙트럼인 253.7㎚를 변환하고 300~340㎚ 사이에 변환 효율의 피크를 갖는 형광체의 양을 N(㎎)으로 하고, 도포하는 내표면적을 S(㎠)로 했을 때, N/S가 2＜(N/S)＜7인 조건으로 상기 형광체를 도포한 것을 특징으로 하는 자외선 방전 램프.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 형광체에는 상기 형광체 중량에 대해서 2% 이하이고 0% 보다 많은 중량비로 란탄(La) 분말을 첨가한 것을 특징으로 하는 자외선 방전 램프.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 발광관은 모재질의 100% 중에 10% 이상의 산화나트륨이 함유된 것임을 특징으로 하는 자외선 방전 램프.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 형광체와 상기 발광관 사이에 알루미나(Al₂O₃)로 구성된 보호막을 형성한 것을 특징으로 하는 자외선 방전 램프.

Images