KR920007132B1 - 녹색발광 희가스방전램프 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

[발명의 명칭]

녹색발광 희가스방전램프

[도면의 간단한 설명]

제1도는 Y₂SiO₅: Tb과 ZnSiO₄: Mn을 사용한 경우에 있어서의 가스압과 정면휘도와의 관계를 나타내는 도면.

제2도는 가스조성을 Ne : Xe=90 : 10으로 고정한 경우의 가스압과 수명과의 관계를 나타내는 도면.

제3도는 본원 발명에 있어서의 온도-휘도특성의 관계를 나타내는 도면.

제4도는 (Y_0.73Sc_0.20Tb_0.07)₂SiO₅과 ZnSiO₄: Mn을 사용한 경우에 있어서의 가스압과 정면휘도와의 관계를 나타내는 도면.

제5도는 가스조성을 Ne : Xe=90 : 10으로 고정한 경우의 가스압과 수명과의 관계를 나타내는 도면.

제6도는 (Y_0.83Gd_0.10Tb_0.07)₂SiO₅과 ZnSiO₄: Mn을 사용한 경우에 있어서의 가스압과 정면휘도와의 관계를 나타내는 도면.

제7도는 가스조성을 Ne : Xe=95 : 5로 고정한 경우의 가스압과 수명과의 관계를 나타내는 도면.

제8도는 (Y_0.73Sc_0.20Tb_0.70)₂SiO₅과 ZnSiO₄: Mn을 사용한 경우에 있어서의 점등중의 광속유지율이 관계를 나타내는 도면이다.

[발명의 상세한 설명]

[기술분야]

본원 발명은 녹색발광하는 희(希)방전램프에 관한 것이다.

[배경기술]

근년, 팩시밀리등의 OA 기기용 광원으로서 녹색발광광원이 요망되고, 이것에 부응하는 것으로서 저압희가스 방전램프가 있다.

이 저압희가스 방전램프는 수은을 봉입한 일반적 형광램프에 비해 점등중의 광속열화 및 온도의존성이 각각 적으며, 또한 순간점등이 가능하다는 등의 성능특성을 가지고 있으나, 밝기(휘도) 및 광색등의 점에서 상기 일반적 형광램프보다 뒤떨어지므로, 일반 조명용 광원으로서는 보급되어 있지않은 것이 현실정이다.

그런데, 상기 저압회가스 방전램프는 그 성능특성이 AO 기기용 광원으로서 재평가되는 한편, 밝기, 광색등의 점에서 성능향상을 도모할 기술개발이 강하게 요망되고 있다.

이 요망에 부응하려고 개발된 종래예로서 하기 (i)-(iv)를 들수 있다.

(i) 일본국 특공소 58(1983)-119151호 공보 및 동 특공소 58(1983)-119152호 공보에 있어서는, 네온과 아르곤 또는 네온과 크립톤의 혼합가스를 방전수용기에 봉입하고, 이것을 고주파점등함으로써 소전류이고 이동무늬가 없는 방전이 가능한 저압회가스 방전램프가 적색광원으로서 개시되어 있다.

이들 공보에서는 희가스만을 사용하고 있는데 불과하며, 이 때문에 밝기 및 광색의 점에서 아직 만족하지 못하며, 네온발광을 이용한 적샐램프만이 실용화되어 있는데 지나지 않는다.

(ii) 제록스 디스클로저 저널(Xerox Disclosure Journal 제8권 5월/6월호 1983. 제269면)의 문헌에서는 네온 및 크세논의 최소한 1종을 사용한 방전램프에 있어서, ZnSiO₄: Mn을 발광매체로하여 사용한 희가스 방전램프가 녹색광원으로서 개시되어 있다.

그러나, 이 문헌에서는 세륨부활(賦活) 또는 2가의 유로품부활의 청색형광체를 사용한 기체방전발광소자만이 개시되었고, 고효율의 녹색발광희가스 방전램프에 대해서는 아무런 개시도 되어있지 않으며, 녹색형광체로서는Zn₂SiO₄: Mn이 개시되어 있을 뿐이다.

(ⅲ) 일본국 특공소 53(1978)-42389호 공보에는 각종 형광체의 진공자외선 여기(勵起) 스펙트럼에 있어서, 200㎚ 이하로 높은 여기스펙트럼을 가진 녹색형광체가 수종류 개시되어 있다.

그러나, 200㎚ 이하의 진공자외역에 여기스텍트럼을 가진 형광체는 실용화되어 있는 것이 적고, 겨우 Zn₂SiO₄: Mn이 녹색형광체로서 매우 불만족이나 일부 사용되고 있는데 불과하다.

(iv) 일본국 특공소 48(1973)-37670호 공보에는 일반식 XLn₂0₃·YSiO₂: ZL'n(단, Ln은 란타늄, 이트륨 또는 그것들의 혼합물이고, L'n은 테르븀, 유로퓸 또는 그것들의 혼합물이며, X/Y의 비는 0.25/1∼1/1이고, X/Y의 비는 0.O05/1∼0.4/1이다)으로 표시된 254㎚ 또 365㎚의 수은공명선으로 여기되는 녹색 및 적생형광체가 개시되어 있다.

이 공보에서는 상술과 같이 수은 공명선의 254nm 또는 365nm에 의해 여기되는 녹색발광형체로서 테트븀 부활·란탄규산염이 개시되어 있는데, 진공자외역에 있어서의 여기특성 및 그 발광특성에 대해서는 아무런 개시도 되어있지 않으며, 따라서 이들 특성의 점에서의 과제가 있다. 또, 상기 수은공명선을 이용한 램프에서는 AO 기기용 광원으로서 사용한 경우에 휘도의 온도의존성이 크고, 또한 순간점등성의 점에서도 과제가 있으며, 이 때문에 OA 기기용 광원으로서는 실용화디어 있지않다.

이상과 같이, 종래의 기술에서는 그 어느 경우에 있어서나, 점등중의 광속열화 및 온도의존성이 각기 적고, 또한 순간점등이 가능하다는 등의 램프특성을 손상하지 않고, 휘도 및 광색등의 성능특성을 만족시킬수 없고, 이 때문에 OA 기기용의 고성능녹색발광광원으로서 이용할 수 없는 등, 실용상 많은 문제점을 가지고 있었다.

[발명의 개시]

본원 발명은 희가스를 발하는 자외선에 의해 특정의 녹색형광체를 발광시켜, 희가스방전의 특징 즉 점등중의 광속열화 및 온도의존성이 각각 적고, 또한 순간점등이 가능하다는 등의 특성을 손상하지 않고, 발광 효율을 향상시킴으로서 예를 들면 OA 기기용의 고성능녹색발광광원으로서도 실용화되는 녹색발광희가스 방전램프를 얻는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위해서 본원 발명에 관한 녹색발광희가스 방전램프는 방전용기각 되는 유리관의 내부에, 크세논, 네온, 헬륨, 아르곤, 크립톤의 최소한 1종으로 이루어지는 희가스를 봉입하고, 이 희가르소부터 방출되는 200nm 이하의 진공자외선을 가시광으로 변환하는 수단으로서, 상기 유리관의 내면에 테르븀 부활 이트륨 실리케이트로 이루어지는 녹색발광형광체층을 형성한 것을 특징으로 한다.

상기 녹색발광 형광체층은 붕소, 알루미늄, 인, 스칸듐 및 란타니드족 원소에서 선정된 취소한 1종을 함유한 것으로 함으로써, 한층 효과적으로 된다.

본원 발명에 있어서의 녹색발광희가스 방전램프는 상술한 구성요소를 가지므로, 크세논, 네온 및 헬륨의 최소한 1종으로 이루어지는 희가스로부터 방출된 200nm 이하의 진공자외선에 의해서, 테르븀부활이트륭 실리케이트로 이루어지는 녹색발광형광체가 여기되어 543nm에 메인피크를 갖는 녹색발광이 얻어지고, 그 발광휘도는 종래의 Zn₂SiO₄: Mn을 사용한 경우에 비교하여 40-50%의 향상을 도모할 수 있었다.

또, 상기 테르븀불활 이트륨 실리케이트의 녹색발광형광체층에 붕소, 알루미늄, 인, 스칸듐 및 란타니드족 원소에서 선정된 최소한 1종을 함유시킴으로써, 200nm 이하의 진공자외선여기에 대한 방사효율을 한층 향상시 킬수 있다.

[발명을 실시하기 위한 최선의 형태]

[실시예 1]

관외경 15mm

, 길이 285mm의 유리관 내주면에 화학조성이 (Y_0.93Tb_0.07)₂SiO₅의 테르븀부화이트륨 실리케이트로 이루어진 녹색형광체층을 도포형성하고, 그 양단에 전극을 봉착(逢着)하는 동시에, 상기 유리관의 내부에 네온 및 크세논으로 이루어진 혼합가스를 0.5-10Torr 봉입(封入)한 램프를 제작하고, 이 램프의 특성을 여러가지 실험에 의해 조사하였다.

표1은 상기 여러가지 실험결과를 나타내는 것으로, 상세하게는 네온, 크세논의 혼합비 및 봉압가스압을 변화시켰을때의 램프특정을 나타낸고 있다.

제1도는 가스압에 대한 정면휘도의 변화를 테르븀부활이트륨 실리케이트의 녹색형광체층에 사용한 경우와 망간부활규산아연형광체를 사용한 경우에 있어서의 가스압과 정면휘도의 관계를 나타내며, 제2도에는 가스압에 대한 수명관계를 나타낸다.

표1 및 제1도에 각기 나타내는 바와 같이, 네온 90%, 크세논 10%로 된 혼합가스를 3Torr 봉인한 램 프는 정면휘도가 6150de/㎡가 되고, 종래의 ZnSiO₄: Mn 형광체를 사용한 경우에 비교하여 1.5배의 휘도를 나타내며, 또한 수명은 제2도에 나타내는 바와 같이 9300시간이었다.

또, 온도-휘도특성을 나타내는 제3도에서 명백한 바와 같이, 상기 실험결과 휘도·온도특성은 -20℃∼-150℃까지 매우 양호하였다.

[표 1]

[실시예 2]

관외경 15㎜

, 길이 285㎜의 유리관의 내주면에 테르븀농도를 변화시킨 테르븀부활이트륨 실레케이트의 녹색발광형광체를 도포하고, 휘도측정을 행하였다. 이 경우 가스조서은 네온 90%, 크세논 10%이고, 가스압 3.0±0.2 Torr로 고정시켜 램프를 시험제작하였다. 그 결과를 표2에 나타낸다.

aY₂O₃·bSiO₂: cTb에 의해 표시되는 형광체에 있어서, 최적치는 0.1

c/b

0.2이며, 램프의 정면휘도는 c/b=0.1에서 6530cd/㎡였다.

[표 2]

[실시예 3]

관외경 8㎜

, 길이 285mm의 유리관의 내주면에 화학조성이 (Y_0.73Sc_0.20Tb_0.07)₂SiO₅의 테르븀부활이트륨 스칸듐 실리케이트로 이루어진 녹색발광형광체를 도포하고, 또한 상기 유리관의 양단에 전극을 봉착하고, 상기 유리관내에 네온 및 크세논으로 이루어진 혼합가스를 0.5-10Torr 봉입한 램프를 제작하고 이 램프특성을 여러가지 실험으로 조사하였다.

표3은 그 실험결과를 나타내는 것이며, 상세하게는 네온, 크세논의 혼합비 및 봉압가스압을 변화시켰을때의 램프특성을 나타낸다.

제4도는 가스압에 대한 정면휘도의 변화를 테르븀부활이트륨 스칸듐 실리케이트 형광체 (Y_0.73Sc_0.20Tb_0.07)₂SiO₅을 사용한 경우와, 망간부활규산아연 형광체를 사용한 경우를 나타내며, 제5도에는 가스압에 대한 수명관계를 나타낸다.

표3 및 제4도에 나타내는 바와 같이, 이 실험에 있어서, 네온 90%, 크세논 10%로 이루어진 혼합가스를 1.0Torr 봉입한 램프는 정면휘도가 9030cd/㎡가 되어, 종래의 ZnSiO₄: Mn 형광체를 사용한 경우와 비교하여, 1.6배의 휘도를 나타내며, 수명은 제5도에 나타낸 바와 같이 9300시간이었다.

또, 휘도·온도특성은 제3도에 나타낸 것과 같이 -20℃∼150℃까지 매우 양호하였다.

[표 3]

[실시예 4]

관외경 15㎜δ븀, 길이 285㎜의 유리관의 내주면에 테르븀농도를 변화시킨 테르븀부활이트륨 스칸듐 실리케이트의 녹색발광형광체를 도포하고, 그 휘도측정을 행하였다. 이 경우 가스조성은 네온 50%, 크립톤 40%, 크세논 10%이고, 가스압 3.0±0.2Torr로 고정시켜 램프를 시험제작하였다. 그 결과를 표4에 나타낸다.

[표 4]

에 의해서 표시되는 형광체에 있어서, 최적치는 0.1

d/c

0.2이며, 램프에 있어서의 정면휘도는 d/c=0.1에서 6530 cd/㎡였다.

[실시예 5]

관외경 10㎜

, 길이 285mm의 유리관의 내주면에 스칸듐 농도를 변화시킨 테르븀부활이트륨 스칸듐 실리케이트의 녹색발광형광체를 도포하고, 시험제작한 램프의 휘도측정을 하였다. 이 경우의 가스조성은 크세논 20%, 아르곤 30%, 헬륨 50%, 가스압 1.5±0.2Torr로 고정시켰다. 그 결과를 표5에 나타낸다.

테르븀부활이트륨 스칸듐 실리케이트 형광체에 있어서, 최적치는 0.01

c/a

0.5이며, 램프에 있어서의 정면휘도는 b/a=0.274에서 6856 cd/㎡였다.

[표 5]

[실시예 6]

관위경 8㎜

, 길이 285㎜의 유리관의 내주면에 화학조성이 (Y_0.73Gd_0.20Tb_0.07)₂SiO₅의 테르븀부활이트륨 다돌리늄 실리케이트 형광체를 도포하고, 양단에 전극을 봉착하여 네온 및 크세논으로 이루어진 혼합가스를 0.5-10Torr 봉입한 램프를 만들고, 이 램프특성을 여러가지 실험으로 조사하였다.

표6은 그 실험결과를 나타내는 것이며, 상세하게는 네온, 크세논의 혼합비 및 봉입가스압을 변화시켰을때의 램프특성을 나타낸다.

제6도는 가스압에 대한 정면휘도의 변화를 테르븀뷰활이트륨 가돌리늄 실리케니트형광체(Y_0.73Gd_0.10Tb_0.07)₂SiO₅를 사용한 경우와, 망간부활규산아연형광체를 사용한 경우를 나타내며, 제7도에는 가스압에 대한 수명관계를 나타낸다.

표6 및 제6도에 나타내는 바와 같이, 이 실험에 있어서, 네온 95%, 크세논 5%로 이루어진 혼합가스를 3Torr 봉입한 램프는 정면휘도가 9000cd/㎡가 되어, 종래의 ZnSi0₄: Mn 형광체를 사용한 경우에 비교하여 1.7배의 휘도를 나타내며, 수명은 제7도에 표시한 바와 같이 9500시간이었다.

또, 휘도·온도특성은 제3도에 나타낸 것과 동일하게 -20℃∼150℃까지 매우 양호하였다.

[표 6]

[실시예 7]

관외경 8㎜

, 길이 250mm의 유리관내에 테르븀농도를 변화시킨 테르븀부활이트륨 가돌리늄 실리케이트형광체를 도포하고, 휘도측정을 하였다. 가스조성은 크세논 15%, 아르곤 60%, 크립톤 25%이고, 가스압 1.0±0.1Torr로 고정시켜 램프를 시험제작하였다. 그 결과를 표7에 나타낸다.

[표 7]

에 의해서 표시되는 형광체에 있어서, 최적치는 0.1

d/c

0.2이며, 램프에 있어서의 정면휘도는 d/c=0.15에서 8350 cd/㎡였다.

[실시예 8]

관외경 100㎜

, 길이 255mm의 유리관의 내주면에 가돌리늄농도를 변화시킨 테르븀부활이트륨 가돌리늄 실리케이트 녹색발광형광체를 도포하여 램프를 시험 제작하고, 그 휘도측정을 하였다. 이 경우 가스조성은 네온 95%, 크세논 5%이고, 가스압 0.5±0.05Torr로 고정시켜 램프를 시험제작하였다.

그 결과를 표8에 다타낸다. 표중의 기호는

표시되는 테르븀부활가돌리늄이트륨 실리케이트 형광체에 있어서, 가돌리늄의 최적치는

이며, 램프에 있어서의 정면휘도는

에서 12350 cd/㎡였다.

[표 8]

[실시예 9]

관외경 8㎜

, 길이 150㎜의 유리관의 내주면에 붕소, 인, 알루미늄을 별도로 함유시킨 테르븀부활이 트륨 실리케니트 형광체를 도포하고, 봉입가스조성은 크세논 10%, 네온 40% 아르곤 50%이며, 0.07±0.02Torr의 가스압으로 램프를 시험제작하였다.

이 시험제작램프의 휘도의 측정결과는 표9에 나타내는 바와 같이 실리카의 일부를 붕소, 인, 알루미늄으로 치환해도, 휘도향상에 대해 같은 효과를 얻었다.

[표 9]

제8도는 상기 실시예 3에서 나타낸 테르륩부활이트륨 스칸듐 실리케이트 형광체(Y_0.73Sc_0.20Tb_0.07)₂SiO₅, 상기 실시예 9중 (Y_0.93Tb_0.07)₂0.98SiO₂·0.001Al₂O₃로 표시되는 테르븀부활이트륨 알루미늄 실리케이트 형광체와, 종래의 망간부활규산아연 형광체(Zn₂SiO₄: Mn)을 사용한 각기의 램프의 점등중에 있어서의 광속열화(광속유지율)을 나타내고 있다.

이 제8도에서 명백한 바와 같이, 본원 발명의 실시예의 것은 1500시간 점등후의 광속유지율은 97-98%인데 비해, 종래품은 53%이며, 광속열화가 종래품에 비교하여 대폭 개선되었다는 것을 알 수 있다.

제8도에 있어서는 상기 각 실시예중, 2예에 대하여 예시하였으나, 다른 실시예의 녹색발광형광체에 대해서도 같은 결과를 얻었다.

또, 상기 실시예의 것은 형광체의 여기원으로서 수은을 사용하지 않고 희가스가 발하는 진공자외선을 사용한 이른바 희가스방전램프인데, 형광체의 차에 의한 순간점등에의 영향에 대해서는 전혀 관측되지 않았으며, 종래품과 동등한 특성이었다는 것을 확인하고 있다.

[산업상의 이용가능성]

이상과 같이, 본원 발명에 의한 녹색발광회가스 방전램프는 희가스방전의 특성, 즉 점등중의 광속열화 및 온도의존성이 각기 적으며, 또한 순간점등이 가능하다는 등의 램프특성을 손상하지 않고, 휘도 및 광색등의 발광효율이 향상되므로, 신뢰성이 높은 OA 기기용으로서 녹색발광광원에 적합하다.

Claims (4)

1. 유리관내부에 200nm 이하의 진공자외선을 발하는 희가스를 봉입하고, 또한 상기 유리관의 내면에는 상기 진공자외선에 의해 녹색발광하는 형광체층을 형성한 녹색발광희가스 방전램프에 있어서, 상기 희가스는 크세논, 네온, 헬륨, 아르곤, 크립톤중 최소한 1종으로 이루어지며, 상기 녹색발광형광체는 테르븀부활 이트륨 실리케이트로 이루어지는 것을 특징으로 하는 녹색발광희가스 방전램프.
2. 제1항에 있어서, 상기 녹색발광형광체는 붕소, 알루미늄, 인, 스칸듐 및 란타니드족 원소로부터 선정된 최소한 1종을 함유하는 테르븀부활이트륨 실리케이트 형광체인 것을 특징으로 하는 녹색발광희가스 방진램프.
3. 제2항에 있어서, 상기 녹색발광형광체는 테르븀부활이트륨 스칸듐 실리케이트인 것을 특징으로 하는 녹색발광희가스 방전램프.
4. 제2항에 있어서, 상기 녹색발광형광체는 테르븀부활이트륨 가돌리늄 실리케니트인 것을 특징으로 하는 녹색발광회가스 방전램프.

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