KR20120028811A - 형광 램프 - Google Patents

Abstract

석영 유리로 이루어지고 내부에 크세논을 포함하는 방전 가스가 봉입된 발광관과, 이 발광관의 길이 방향으로 형성되고, 유전체를 통해 대향하는 한 쌍의 전극과, 상기 발광관의 내표면에 형성된 내부 형광체층과, 상기 발광관의 원주 방향의 일부에 이 내부 형광체층이 형성되지 않는 애퍼처부가 형성되는 형광 램프에 있어서, 형광체층의 열화가 없고, 안정된 광 출력이 얻어지도록 한 구조를 제공하는 것이다.
상기 발광관을 덮도록 외관을 설치함과 더불어, 이 발광관의 애퍼처부에 대응하는 외표면에 외부 형광체층을 형성한 것을 특징으로 한다.

Description

형광 램프{FLUORESCENT LAMP}

이 발명은 형광 램프에 관한 것이며, 특히, 진공 자외광을 방사하는 형광 램프에 관한 것이다.

종래부터, 광화학 반응, 살균 혹은 유기물의 분해 등에 자외선이 적절하게 이용되고 있다. 이러한 자외선 광원으로서는, 저압 수은 램프가 많이 사용되고 있었는데, 최근에는, 일본국 특허 공개 2001－015078호 공보(특허 문헌 1)와 같이 유전체 배리어 방전을 이용한 형광 램프도 제안되어 있다.

이 특허 문헌 1에 기재된 형광 램프는, 발광관의 내부에 희가스를 봉입하여, 한 쌍의 전극간에 유전체를 개재시킨 방전을 발생시킴으로써, 희가스를 여기하여 자외광(진공 자외광)을 방사하고, 발광관의 내표면의 전면에 형성된 형광체를 여기하여, 소정의 파장 영역(진공 자외 영역)의 자외광을 얻는 것이다.

또, 일본국 특허 2010－153054호 공보(특허 문헌 2)에는, 발광관의 외측에 적어도 하나의 외부 전극을 구비한 형광 램프에 있어서, 애퍼처부를 형성함으로써 지향성을 가진 것이 개시되어 있다.

동 특허 문헌 2에는, 그 구체적인 예로서, 발광관 내면에 형성된 형광체층은, 그 원주 방향의 일부에 이 형광체층이 형성되지 않는 영역을 형성하여 애퍼처부로 한 것이나, 혹은, 형광체층의 원주 방향의 일부를 다른 부분보다 얇게 하여, 이 얇은 분분을 애퍼처부로 한 것이 개시되어 있다.

그러나, 상기 형광 램프에 있어서는, 형광체가 방전 공간에 노출됨으로써 열화가 발생하기 쉬워져, 조도를 안정적으로 장시간 유지하는 것이 어렵다. 형광체의 열화의 주된 열화의 원인으로는 불순 가스(H₂0, CO₂ 등)에 의한 것이라고 생각되는데, 특히 유전체 배리어 방전을 이용하는 경우, 그 방전 원리에 유래하여 방전이 발광관을 횡단하는 방향으로 형성되기 때문에, 특히 형광체의 데미지가 크고, 충분한 광 안정성을 얻는 것이 어렵다는 문제가 있었다.

일본국 특허 공개 2001－015078호 공보 일본국 특허 공개 2010－153054호 공보

이 발명이 해결하려고 하는 과제는, 상기 종래 기술의 문제점을 감안하여, 내부에 크세논을 포함하는 방전 가스가 봉입된 발광관과, 이 발광관의 길이 방향으로 형성되고, 유전체를 통해 대향하는 한 쌍의 전극과, 상기 발광관의 내면에 형성된 내부 형광체층을 구비하고, 상기 발광관의 원주 방향의 일부에 이 내부 형광체층이 형성되지 않는 애퍼처부가 형성되어 이루어지는 형광 램프에 있어서, 형광체층의 방전에 의한 열화를 회피하여 광 안정도를 높게 유지하여, 형광 램프의 사용 수명을 길게 하는 구조를 제공하는 것이다.

본 발명은, 상기 종래 기술의 문제점을 감안하여, 상기 과제를 해결하기 위해서, 발광관을 덮도록 외관을 설치함과 더불어, 상기 발광관의 상기 애퍼처부에 대응하는 외표면 상에 외부 형광체층을 형성하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또, 상기 발광관과 상기 외관의 사이에 불활성 가스를 충전한 것을 특징으로 한다.

또, 상기 외부 형광체층의 두께를 상기 내부 형광체층의 두께보다도 작게 한 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 내부 형광체층 또는 상기 외부 형광체층의 적어도 한쪽이, LaPO₄ : Nd형광체 또는 YPO₄ : Nd형광체 중 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이 발명의 형광 램프에 의하면, 발광관의 애퍼처부의 외표면 상의 외부 형광체에 의해, 단순히 애퍼처부가 형성된 램프와의 비교에서, 그 광출력을 증대시킬 수 있음과 더불어, 이 외부 형광체층은 방전에 노출되지 않기 때문에, 열화가 발생하기 어려워진다. 이 때문에, 형광 램프에 있어서의 외부 형광체층으로부터 방사되는 광은, 광 안정성이 높게 유지되어, 형광 램프의 사용 수명을 길게 할 수 있게 된다.

또, 외부 형광체층이 불활성 가스 분위기 중에 있음으로써, 또한 그 열화가 발생하기 어렵게 된다.

또, 외부 형광체층을 내부 형광체층보다 얇게 함으로써, 형광 램프에 지향성을 갖게 하면서, 피조사물에 대해 효율적으로 광을 조사할 수 있게 된다.

형광체층으로서 LaPO₄ : Nd형광체 또는 YPO₄ : Nd형광체 중 어느 하나를 포함함으로써 파장 190nm 근방의 광을 방사하여, 광화학 반응, 살균 혹은 유기물의 분해 등의 광원으로서 적절하게 이용할 수 있게 된다.

도 1은 본 발명의 형광 램프의 축방향 단면도이다.
도 2는 도 1의 A－A 확대 횡단면도이다.
도 3은 본 발명의 외부 형광체층의 두께와 상대 강도를 나타내는 그래프이다.
도 4는 다른 형광체를 이용한 경우의 도 3과 동일한 그래프이다.

도 1은, 본 발명의 형광 램프의 단면도이다.

도면에서, 형광 램프(1)는, 발광관(2)의 외주면 상에 한 쌍의 외부 전극(3, 3)이 대향 배치되어 있다. 이 외부 전극(3, 3)은 관축방향으로 신장하는 개략 띠형상의 형상을 이루고, 예를 들면, 은(Ag)과 플리트 글래스를 혼합한 은 페이스트나, 금(Au)과 플리트 글래스를 혼합한 금 페이스트 등의 도전막으로 형성되어 있다.

상기 외부 전극(3, 3) 상에는 유리층으로 이루어지는 보호막(4, 4)이 피복 되어 있고, 이 외부 전극(3, 3)에는 각각 리드 선(W1, W2)이 접속되어 있으며, 이들이 고주파 전압을 발생시키는 전원(10)에 접속되어 있다.

상기 발광관(2)은, 파장 200nm 이하의 진공 자외광에 대해 투과성이 높은 합성 석영 유리로 이루어진다. 또한, 자외선 조도 유지율을 양호하게 하기 위해, OH기 함유량이 많은 합성 석영 유리를 사용하는 것이 바람직하고, 예를 들면, 신에쓰 석영제 F310가 사용 가능하다.

그리고, 이 발광관(2) 내에는 방전 가스로서 희가스가 봉입되는데, 희가스로는, 크세논만, 혹은, 크세논과 다른 희가스의 혼합 가스 중 어느 것이어도 된다.

도 2에 상세를 나타낸 바와 같이, 발광관(2)의 내표면에는 내부 형광체층(5)이 형성되어 있다.

이 내부 형광체층(5)은, 발광관(2)의 원주 방향의 일부에서 상기 내부 형광체층(5)이 형성되어 있지 않는 영역이 있으며, 그 부분이 애퍼처부(6)를 형성하고 있다.

또한, 발광관(2)과 내부 형광체층(5)의 사이에, 애퍼처부(6)를 제외하고 자외선 반사막(도시하지 않음)을 형성하는 것도 가능하다.

상기 발광관(2)의 외측 주위에는 이것을 덮도록 외관(7)이 동심 형상으로 설치되어 있으며, 이들 사이의 공간에는 질소 가스(N₂), 아르곤 가스(Ar) 등의 불활성 가스가 충전되어 있다. 이 외관(7)은, 형광체에 의해 변환된 특정한 파장 영역의 광에 대해 투과성을 구비하는 것이다. 형광체로서 파장 200nm 이하의 광을 방사하는 특성의 것을 이용하는 경우에는 재질로서 합성 석영 유리를 이용하는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 발광관(2)의 애퍼처부(6)에 대응하는 외표면 상에는 외부 형광체층(8)이 형성되어 있다.

상기 내부 형광체층(5) 및 외부 형광체층(8)은, 크세논의 발광에 의해 방사된 파장 172nm에 의해 여기되어 그 특성에 따른 파장 영역의 광을 방사하는 것이다. 파장 200nm 이하의 광, 예를 들면 190nm의 광을 방사하는 경우, 네오디뮴으로 부활된 LaPO₄형광체, 또는, 네오디뮴으로 부활된 YPO₄를 이용하는 것이 바람직하다. 또한, 네오디뮴 부활LaPO₄형광체는 구체적으로는 (La_{1 －x}, Nd_x) PO₄(단 x=0.01?0.11)이며, 네오디뮴 부활YPO₄형광체는 구체적으로는 (Y_{1 －x}, Nd_x) PO₄(단 x=0.01?0.11)이다.

그리고, 내부 형광체층(5)의 두께는 예를 들면 10?70㎛, 바람직하게는 30?50㎛이며, 외부 형광체층(8)의 두께는 이보다 얇고, 예를 들면 5?10㎛이다. 이와 같이, 양 형광체층(5, 8)의 두께를 다르게 함으로써, 그 차이에 따른 지향성을 형성할 수 있게 된다.

상기 구성에 있어서, 고주파 전원(10)으로부터 외부 전극(3, 3)에 대해 고주파 고전압이 인가되면 이 외부 전극(3, 3) 간에서 발광관(2)(유전체)을 개재시킨 방전이 발생하여, 내부에 봉입된 크세논 가스의 발광에 의해 파장 172nm의 방사가 얻어진다.

크세논의 발광에 의해 형성된 파장 172nm의 광의 일부가 내부 형광체층(5)에 조사되면, 이것을 구성하는 형광체의 특성에 따른 광으로 변환되어, 형광체의 표면에서 반사를 반복함으로써 애퍼처부(6)로부터 방사되게 된다. 또, 그 외의 파장 172nm의 광의 일부는, 발광관(2)에 형성된 애퍼처부(6)로부터 당해 발광관(2)을 투과하여 직접 외부 형광체층(8)에 입사하고, 이것을 구성하는 형광체의 특성에 따른 파장역의 광으로 변환되어 방사된다. 그 결과, 형광 램프의 외관(7)으로부터, 내부 형광체(5)에 의해 변환된 광과, 외부 형광체층(8)에 의해 변환된 광의 양방이 방사되게 된다.

따라서, 내부 형광체층(5)과 외부 형광체층(8)을 같은 형광체에 의해 구성한 경우에는, 이들이 합산되어 외부로 출력되어 오게 된다.

여기서, 외부 형광체층(8)의 두께가, 내부 형광체층(5)의 두께보다도 작음에 따라, 발광관(2)에 형성된 애퍼처부(6)로부터 방출되는 광의 양이 커져, 양 형광체층(5, 8)의 두께의 차이에 따른 지향성이 형성되게 된다.

이러한 형광 램프(1)의 실시예를 들면, 다음과 같다.

발광관(2)은 합성 석영 유리로 이루어지고, 이 발광관(2)의 내표면에 내부 형광체층(5)을 형성함에 앞서, 이 발광관과 형광체의 밀착성을 개선하기 위해서, 발광관의 내표면에 합성 석영 유리보다도 저융점의 유리 분말층을 형성했다(도시하지 않음). 이 기술에 관해서는, 일본국 특허 공개 2010－056007호 공보 등에 상세하게 개시되어 있다.

구체적으로는, 연질 유리 분말을 적절한 바인더로 혼합하여 슬러리를 조제하고, 이 슬러리를 발광관의 내표면에 도포하여, 애퍼처부의 연질 유리 분말을 제거한 뒤 약 600℃정도에서 소성했다.

그 후, 내부 형광체층(5)을 구성하는 형광체로서, (La_{1 －x}, Nd_x) PO₄(단 x=.01?0.11) 형광체를 이용하고, 그 형광체 슬러리를 도포 건조하여, 500?900℃에서 소성 후에, 애퍼처부(6)의 형광체를 제거하여, 내부 형광체층(5)을 형성했다.

이어서, 발광관(2)의 외표면 상에, 은(Ag) 또는 동(Cu)과 플리트 글래스로 이루어지는 페이스트를 스크린 인쇄하여, 한 쌍의 외부 전극(3, 3)을 형성했다.

이 전극(3, 3) 상에, 발광관(2)을 투과하여 방사되는 자외선으로부터 이 전극을 보호하기 위해, 보호막(4, 4)으로서 Si0₂와 B₂0₃를 혼련(混練)한 붕규산 유리층을 형성했다.

그 후, 발광관(2)을 소성하여 전극(3, 3) 및 보호막(4, 4)을 고착했다. 또한, 이 보호막(4, 4)은, 열팽창 계수가 30×10^－7(1/K) 이하였다.

외부 전극(3, 3)에는 발광관(2)의 편측으로부터 인출할 수 있도록 외부 리드(W1, W2)를 접속하고, 이 리드(W1, W2)를 전원(10)에 접속했다.

이어서, 애퍼처부(6)의 영역에 대응하는 발광관(2)의 외표면 상에, 상기 내부 형광체층(5)과 같은 종류의 형광체 슬러리를 스크린 인쇄에 의해 도포해 소성하여, 외부 형광체층(8)을 형성했다.

이렇게 해서 형성된 발광관(2)의 내부에 Zr?Fe로 이루어지는 게터를 배치하고, 발광관 내부의 배기를 행하여 Xe가스를 13.3kPa(100Torr) 봉입했다.

또, 외관(7)은, 상기 발광관(2)과 같은 재질인 합성 석영 유리를 사용했다.

외관(7)을 구성하는 직관형상의 합성 석영 유리관의 한쪽 끝을 완전히 시일한 상태로 닫아 두고, 그 중에 발광관(2)을 삽입했다.

그리고, 외부 전극(3, 3)에 급전이 가능한 상태로 하고 외관(7) 내부에 N₂ 가스를 충전하여, 개구부를 폐색했다.

상기 실시예에 따른 형광 램프를 Vo_?p=1700V의 직사각형파 인가에 의해 점등시키고, 스펙트럼 라디오 미터(우시오 전기제, USR40)에 의해 분광 스펙트럼 측정을 행했다. 이 형광체의 스펙트럼 특성으로는, 파장 184nm 근방에 피크를 구비하는 것이었다.

도 3에는, 상기의 형광 램프(1)에 관해, 내부 형광체층(5)과 외부 형광체층(8)의 두께를 여러가지 변화시킨 수 종류의 램프를 작성하여, 그 조도를 측정 비교한 결과가 나타나 있다.

구체적으로는, 내부 형광체층(5)의 두께를, 각각 18, 35, 70㎛로 변화시킨 각 램프에 대해서, 외부 형광체층(8)의 두께를 0?25㎛의 사이로 변화시켜, 그 애퍼처부(6)로부터의 조도를 측정했다.

또, 도 4에는, 상기 형광 램프(1)에 있어서의 내외부 형광체층(5, 8)을 구성하는 형광체로서 YPO₄ : Nd를 사용한 경우의 조도를 측정 비교한 결과가 나타나 있다. 또한, 형광체 이외의 구성에 대해서는 상기 실시예와 동일하다.

구체적으로는, 내부 형광체층(5)의 두께를, 각각 18, 37, 55, 73㎛로 변화시킨 각 램프에 대해서, 외부 형광체층(8)의 두께를 0?28㎛의 사이로 변화시켜, 그 애퍼처부(6)로부터의 조도를 측정했다.

본 발명에 따른 형광 램프에 있어서는, 외부 형광체층(8)은 발광관(2)의 애퍼처부(6)를 투과하는 파장 172nm의 자외광에 의해 여기되어, 발광한 형광을 방사한다.

따라서, 이 때, 애퍼처부(6)로부터는, 외부 형광체층(8)에 의한 광 방사분과, 내부 형광체층(5)으로부터의 광 방사분이 동시에 출사하게 되는데, 발광관(2) 내부의 내부 형광체층(5)으로부터의 광 방사는, 외부 형광체층(8)을 통과할 때, 흡수 등에 의해 일부 방사할 수 없게 되어, 손실이 발생한다. 즉, 내부 형광체층(5)으로부터의 광 방사분에서 외부 형광체층(8)에 의한 감쇠분을 차감한 차분과, 이 외부 형광체층(8) 자체로부터의 광 방사분의 합산에 의해 광 방사 출력의 강도가 결정되게 된다.

도 3, 4에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 외부 형광체층(8)을 형성한 형광 램프에 있어서는, 내부 형광체층(5)의 두께에 관계없이, 외부 형광체층(8)이 없는 경우, 즉, 도면에 있어서의 0㎛인 경우보다 그 광출력을 증대시킬 수 있다.

특히, 외부 형광체층(8)의 두께를 10㎛ 이하, 더 바람직하게는 5㎛ 정도로 형성하면, 애퍼처부(6)로부터의 광 출력을 증대시킬 수 있다.

또한, 내부 형광체층(5)의 두께가 증가함에 따라 발광관(2) 내부의 반사가 커져, 이것이 약 50㎛를 넘으면 애퍼처부(6)로부터의 출력은 거의 변화하지 않게 된다. 즉, 내부 형광체층(5)에 의한 반사가 포화 상태에 이른다. 이와 같이, 내부 형광체층(5)이 비교적 두껍고, 그 반사 기능이 포화 상태에 있는 경우에 있어서도 동일하게 외부 형광체층(8)을 10㎛ 이하, 더 바람직하게는 5㎛ 정도로 형성하면, 애퍼처부(6)로부터의 광 출력을 증대시키는 것이 가능하게 된다.

그리고, 상기 외부 형광체층(8)은, 방전 공간의 외부에 있어서 방전에 노출되지 않으므로, 형광체의 열화가 없고, 게다가, 불활성 가스 공간 내에 배치되어 있기 때문에, 한층 형광체의 열화가 발생하기 어려워, 애퍼처부(6)로부터는 안정된 광 방사가 얻어지게 된다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 형광 램프에 의하면, 발광관의 원주 방향의 일부에 내부 형광체층이 형성되지 않는 애퍼처부가 형성되어 이루어지는 형광 램프에 있어서, 상기 발광관을 덮도록 외관을 설치하고, 상기 발광관의 상기 애퍼처부에 대응하는 외표면에 외부 형광체층을 형성함으로써, 단순히 애퍼처부를 형성한 것보다, 그 광 출력을 증대시킬 수 있고, 게다가, 외부 형광체층은 방전 공간에 노출되지 않기 때문에, 그 열화가 발생하기 어려워져, 장시간에 걸쳐 안정된 광 출력이 얻어지는 효과가 있다.

1 : 형광 램프
2 : 발광관
3, 3 : 전극
4 : 보호막
5 : 내부 형광체층
6 : 애퍼처부
7 : 외관
8 : 외부 형광체층

Claims (4)

1. 내부에 크세논을 포함하는 방전 가스가 봉입된 발광관과, 이 발광관의 길이 방향으로 설치되고, 유전체를 개재하여 대향하는 한 쌍의 전극과, 상기 발광관의 내면에 형성된 내부 형광체층을 구비하여 이루어지고, 상기 발광관의 원주 방향의 일부에 이 형광체층이 형성되지 않는 애퍼처부가 형성되어 이루어지는 형광 램프에 있어서,
   상기 발광관을 덮도록 설치된 외관을 구비함과 더불어, 상기 발광관의 상기 애퍼처부에 대응하는 외표면 상에 외부 형광체층을 형성하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 형광 램프.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 발광관과 상기 외관의 사이에 불활성 가스를 충전한 것을 특징으로 하는 형광 램프.
3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
   상기 외부 형광체층의 두께를 상기 내부 형광체층의 두께보다도 작게 한 것을 특징으로 하는 형광 램프.
4. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
   상기 내부 형광체층 또는 상기 외부 형광체층의 적어도 한쪽이, LaPO_{4 :} Nd형광체 또는 YPO_{4 :} Nd형광체 중 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 형광 램프.

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