KR100747115B1 - 냉음극 형광램프용 전극 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

냉음극 형광램프용 전극 및 그 제조방법은 방전부의 방전영역을 증가시키는 것이 쉽고 생산성을 향상시키는 일체화된 구조를 가진다. 전극의 제조방법은, 금속 분말과 결합제를 혼합하여 혼합물을 형성하는 단계; 혼합물을 전극 다이내에서 성형하여 전극 몰드 베이스를 형성하는 단계; 전극 몰드 베이스를 소결 온도까지 가열하여 전극을 형성하는 단계; 및 전극을 압축하여 그 강도를 증가시키는 단계를 구비한다.

Description

냉음극 형광램프용 전극 및 그 제조방법{ELECTRODE FOR A COLD CATHODE FLUORESCENT LAMP AND A MANUFACTURING METHOD THEREOF}

도 1은 종래기술에 따른 냉음극 형광램프의 단면도;

도 2는 본 발명에 따른 냉음극 형광램프용 전극 제조방법의 플로우차트;

도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 냉음극 형광램프용 전극의 사시도;

도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 냉음극 형광램프용 전극의 사시도; 및

도 5는 본 발명의 제3실시예에 따른 냉음극 형광램프용 전극의 사시도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1, 1a, 1b : 전극 12, 12b : 전선부

14, 14a, 14b : 방전부 142, 144 : 팁

본 발명은 냉음극 형광램프용 전극 및 그 제조방법에 관한 것으로, 특히 분말 야금 기술과 사출 성형 기술을 이용하여 만들어진 일체화된 구조의 냉음극 형광램프용 전극에 관한 것이다.

냉음극 형광램프(CCFL: Cold Cathode Fluorescent Lamp)는 가는 튜브, 낮은 튜브 온도, 높은 표면 조도, 및 긴 수명과 같은, 많은 이점을 가진다. 이 때문에, 스캐너, 팩시밀리 기계, LCD용 백라이트 모듈, 및 광고 박스에 자주 사용된다. CCFL은 전극으로부터의 방전에 의해 작동하고, 전극으로부터 전자를 방출시켜, 램프 튜브내의 수은 원자에 충돌시킨다. 수은 원자가 여기되어 자외선광을 방사하고, 자외선광이 CCFL의 내벽면상의 형광분말을 여기시켜서 가시광을 생성한다.

CCFL의 수명과 초기 턴온시의 특성을 향상시키기 위해서는, 전극이 아주 중요한 요소이다. 종래 기술에 따른 냉음극 형광램프의 단면도가 도시된 도 1을 참조한다. CCFL은 램프 튜브(8)와 이 램프 튜브(8)의 2개의 끝단에 장착된 한쌍의 전극(9)을 구비한다. 각 전극(9)은 전선부(92)와 컵형상 방전부(94)를 구비한다. 상기 전선부(92)는 상기 방전부(94)와 용접된다. 상기 전선부(92)는 통상 2부분으로 구성된다. 제1부(922)는 방전부(94)와 연결하는데 사용되고, 제2부(924)는 제1부(922)를 전도성의 전선에 연결한다. 제1부(922)는 낮은 열팽창계수(CTE; Coefficient of Thermal Expansion) 합금으로 만들어져 글래스 튜브(8)와 쉽게 결합하고, 코바르 합금(Kovar Alloy)(니켈, 코발트 및 철의 합금)이 통상적으로 사용된다. 제2부(924)는 일반적으로 인바르 합금(Invar Alloy)(니켈 35%, 및 철 65%의 합금)이다. 컵형상 방전부(94)는 일반적으로 몰리브덴 합금 또는 텅스텐 합금의 금속판에 충격을 줘서 만들어진다. 상기 종래 기술의 전극은 다음의 문제점을 가진다:

1. 전선부(92)의 직경이 작고(대략 0.4mm), 컵형상 방전부(94)와 쉽게 융합되지 않는다. 제조가 어려울 뿐만 아니라 쉽게 균열이 발생한다.

2. 컵형상 방전부(94)가 제조방법에 의해 제한된다. 형상이 균일하고 방전 영역의 증가를 필요로 할 때 쉽게 변환되지 않는다.

그래서, 발명자가, 연구 및 조사후에, 상기한 문제점을 개선하기 위한 논리적인 설계인 본 발명을 제공한다.

본 발명의 목적은 하나의 동일 재료로 일체로 형성하여 생산성을 향상시키고 전극을 더욱 단단하고 견고하게 하는 냉음극 형광램프용 전극과 그 제조방법을 제공하는 것이다. 종래 기술보다 전극의 구조가 더 큰 내구력이 있고, 다른 열팽창계수(CTE)에 의해 발생되는 금속 피로를 회피하며, 온도 변동시 덜 확장 및 수축하여, 튜브의 수명을 증가시킨다.

본 발명의 다른 목적은, 방전 영역을 증대시키기 위한 전극 형상 설계를 쉽게 하여 효율을 향상시킴과 더불어 전기 소모를 감소시키는 냉음극 형광램프용 전극과 그 제조방법을 제공하는 것이다.

상기 목적들을 달성하기 위해, 본 발명은, 먼저, 금속 분말과 결합제(binder)가 혼합되는 단계; 전극 몰드 베이스(Electrode Mold Base)를 형성하도록 전극 다이(Electrode Die)내에서 혼합물이 성형되는 단계; 그 후, 소결 온도가 전극을 형성할 때까지 전극 몰드 베이스가 가열되는 단계; 최종으로, 전극이 더욱 단단하게 압축(Compacting)되는 단계를 포함하는 냉음극 형광램프용 전극 제조방법을 제공한다.

다음의 상세한 설명을 고려하면 본 발명이 좀더 쉽게 이해되고, 상기와 다른 목적들도 명백해질 것이다. 이러한 설명은 첨부된 도면들을 참조한다.

본 발명에 따른 냉음극 형광램프용 전극 제조방법의 플로우차트를 도시한 도 2를 참조한다.

냉음극 형광램프(CCFL)용 전극 제조방법에 사용되는 핵심 기술은 적어도 4개의 단계들: 혼합단계(10), 성형단계(20), 가열단계(30), 및 압축단계(40)(Compacting step)를 포함한다.

혼합단계(10)에서는, 금속 분말과 결합제가 합쳐져 혼합물을 형성한다. 바람직하게는, 금속 분말이 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo), 텅스텐 합금, 몰리브덴 합금, 또는 코바르 합금(불균일한 분포를 낮추는 프리알로이드 분말(pre-alloyed powder)이 더 좋다)과 같은, 일반적으로 2000℃ 이상의 높은 용융점을 가지는 금속으로 만들어진다. 이러한 금속들은 높은 용융점을 가지고 고온을 견딜 수 있다. 상기 금속들 중에서, 텅스텐의 용융온도가 더 높고 따라서 높은 가열 온도가 필요하여 생산비용이 증가하므로, 몰리브덴 금속 분말이 바람직하다. 그러나, 금속 분말이 상기의 금속들로 제한되지는 않으며, 전극으로 이용될 수 있는 금속이라면 모두 좋다.

금속 분말은 더 작아져, 소결공정이 더욱 좋다. 금속 분말 직경은 80㎛ 내외인 것이 바람직하지만, 제한되지는 않는다. 더 작은 금속 분말은 더 큰 표면 영역을 가지고, 분말 입자 사이의 공간이 더 작아진다. 따라서, 금속 분말은 더 근접하고 더 빽빽하며, 함께 쉽게 소결되어 가열단계(30)에 필요한 시간이 감소된다. 금속 분말의 크기는 소결물의 밀도 뿐만 아니라 성능에도 영향을 미친다. 금속 분말 이 더 작아지면, 비표면영역(영역/중량)이 더 커질 것이다. 큰 비표면영역(Specific Surface Area)을 가지는 것은 소결 공정시 매우 중요하다. 금속 분말을 결합시키기 위해 주로 결합제가 사용되고, 결합제는 고분자(Macromolecular) 결합제 또는 (가소성 고무, 또는 왁스와 같은) 유기 결합제일 수 있다.

또한, 혼합 단계(10)는 혼합물을 섞기 위한 혼합기계를 제공하는 단계를 더 포함한다. 금속 분말과 결합제를 가열상태에서 섞어서 성형재료인 혼합물을 생성한다.

성형 단계(20)에서는, 본 발명이 주로 사출 성형 기술을 활용하여, 혼합물을 전극 다이로 사출하여 전극 몰드 베이스로 성형되도록 한다. 사출 성형시, 사출 성형 기계가 제공되고, 혼합물을 가열하여 가단성 있게(Malleable) 하는 예열단계를 포함하므로, 혼합물이 전극 다이로 사출될 수 있다. 사출 성형 기술은 충분히 발달한 기술이므로, 생산속도를 가속시킨다.

본 발명은 사출 성형 기술로 제한되지 않고, 예를 들어, 압력에 의한 성형 기술을 활용할 수 있다. 이는 먼저 미리 준비된 혼합물을 정밀한 몰드(Mold)내에 넣고, 펀치(Punch) 기계로 몰드에 압력을 가하여, 압축 분말 모델(초기 전극 몰드 베이스)을 얻어냄으로써 이루어진다.

가열 단계(30)에서는, 소결 온도가 최종 생산 전극이 형성될 수 있도록 도달될 때까지 전극 몰드 베이스를 가열하는 것이 주 공정이다. 가열 공정시, 결합제(또는 비금속 성분)가 가열에 의해 전극 몰드 베이스로부터 방출되어 모든 잔류 결합제가 섞이는 것을 회피한다. 가열 단계(30)에서는, 전극 몰드 베이스를 야금으로 소결하기 위해 소결로가 제공되는 것이 바람직하다. 일반적으로, 소열로는 그 내부의 온도 및 공기압력을 제어하는 컴퓨터를 구비하고, 질소와 같은 보호 가스내에서 추진하여, 금속 분말이 산화하지 않는다. 일반적으로, 소결 온도는 금속 용융점의 2/3 보다 높다. 즉, 소결 온도의 범위는 용융점의 2/3와 주성분의 용융점 사이가 될 수 있다. 예를 들어, 텅스텐의 용융점은 3380℃이므로 소결 온도가 대략 2253℃ 이상으로 되어야 하고, 몰리브덴의 용융점은 2600℃이므로 소결 온도가 대략 1733℃ 이상으로 되어야 한다.

전극의 구조 강도를 향상시키기 위해, 본 발명은 또한 전극을 압축(Compacting)하는 압축단계를 구비하여, 전극내의 소결된 금속 분말이 더 컴팩트하고 견고하다.

상기의 단계들을 통해, 금속 분말 사출 성형 및 분말 야금 기술을 활용한 본 발명의 전극이 제공된다. 본 발명의 기술에 따르면, CCFL의 전극 형상이 쉽게 변환되어 방전 영역이 증가될 수 있다. 본 발명의 제1실시예에 따른 CCFL용 전극의 사시도를 도시한 도 3을 참조한다. CCFL의 전극(1)은 전선부(12)와 방전부(14)를 포함한다. 방전부(14)는 대체로 컵형상이고, 전선부(12)와 일체로 형성된다. 전선부(12)와 방전부(14)는 하나의 동일한 금속으로 만들어지고 금속 소결 구조를 가지므로, 함께 융합될 필요가 없다. 전선부(12)와 방전부(14) 사이의 균열이 발생하지 않아 구조가 더 강하다. 본 발명의 제2실시예에 따른 CCFL의 전극의 사시도를 도시한 도 4를 참조한다. 본 발명의 CCFL의 전극 제조방법을 활용하여, 전극(1)의 방전 영역이 증가된다. 방전 영역을 증가시키기 위해 그 표면으로부터 돌출된 다수의 팁 (142, 144)을 구비한 방전부(14a)가 설계하기 쉽게 제공된다. 도 4에서, 팁(142, 144)은 방전부(14a)의 외주면 및 내부면으로부터 돌출된다. 방전부(14a)는 그 외주면으로부터 바깥쪽으로 돌출하는 팁(142)만을 구비하거나, 그 내측면으로부터 안쪽으로 돌출하는 팁(144)만을 구비한다.

본 발명의 제3실시예에 따른 냉음극 형광램프용 전극의 사시도를 도시한 도 5를 참조한다. 이 실시예는 전선부(12b)와 동일한 직경을 가지는 방전부(14b)를 제공하여, 방전부(14b)가 더 강한 구조를 가진다.

본 발명의 특징 및 효과를 요약하면 다음과 같다:

1. 전극의 전선부와 방전부가 함께 소결되어 일체로 형성되므로, 쉽게 파손되지 않는다.

2. 전극의 전선부와 방전부가 하나의 동일 금속으로 만들어져, 열팽창계수가 동일하므로, 전극의 온도가 빠르게 변화하여도 균열이 발생하지 않는다.

3. 방전 영역의 크기를 증가시키기 위해 방전부의 형상을 변환시키는 것이 용이하여, 효율을 향상시키고, 소비전력을 낮춘다.

4. 본 발명의 제조방법은 CCFL의 전극을 빨리 생산할 수 있어, 생산성을 향상시킨다.

본 발명은 그 바람직한 실시예를 참조로 설명되었지만, 본 발명은 그 상세한 기술에 한정되지 않는다. 상기의 설명에서 다양한 대체 및 변형이 제시되었고, 그 밖의 것은 당업자에게 자명하다. 따라서, 이러한 모든 대체 및 변형은 청구범위에 서 한정한 바와 같은 본 발명의 범위내에 포함된다.

Claims (17)

1. 금속 분말과 결합제를 혼합하여 혼합물을 형성하는 단계;

   상기 혼합물을 전극 다이내에서 성형하여 전극 몰드 베이스를 형성하는 단계;

   상기 전극 몰드 베이스를 상기 금속 분말의 용융점의 2/3와 용융점 사이인 범위의 소결 온도까지 가열하여 전극을 형성하는 단계; 및

   상기 전극을 압축하는 단계를 포함하는, 냉음극 형광램프용 전극 제조방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 금속 분말은 2000℃ 이상의 용융점을 가지는 금속으로 만들어진, 냉음극 형광램프용 전극 제조방법.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 금속 분말은 텅스텐, 몰리브덴, 텅스텐 합금, 또는 몰리브덴 합금인, 냉음극 형광램프용 전극 제조방법.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 결합제는 고분자 결합제, 또는 유기 결합제인, 냉음극 형광램프용 전극 제조방법.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 혼합단계는 상기 혼합물을 섞기 위한 혼합기계를 제공하는 단계를 포함하는, 냉음극 형광램프용 전극 제조방법.
6. 제 1 항에 있어서, 상기 성형단계는 상기 혼합물을 가단성이 있는 상태로 예열하는 단계를 포함하는, 냉음극 형광램프용 전극 제조방법.
7. 제 6 항에 있어서, 상기 혼합물을 상기 전극 다이로 사출하는 사출 성형 기계를 제공하는 단계를 더 포함하는 냉음극 형광램프용 전극 제조방법.
8. 제 1 항에 있어서, 상기 전극 몰드 베이스로부터 비금속 성분을 방출하는 단계를 더 포함하는, 냉음극 형광램프용 전극 제조방법.
9. 제 1 항에 있어서, 상기 전극 몰드 베이스를 야금으로 소결하는 소결로를 제공하는 단계를 더 포함하는, 냉음극 형광램프용 전극 제조방법.
10. 제 9 항에 있어서, 상기 소결로내로 보호 공기를 인도하는 단계를 더 포함하는, 냉음극 형광램프용 전극 제조방법.
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