KR100243449B1

KR100243449B1 - 방전 램프 점등 장치 및 방법

Info

Publication number: KR100243449B1
Application number: KR1019960007151A
Authority: KR
Inventors: 사토시 고미나미; 고우지 미야자키; 시게루 호리이
Original assignee: 모리시타 요이찌; 마쯔시다덴기산교 가부시키가이샤
Priority date: 1995-03-15
Filing date: 1996-03-13
Publication date: 2000-02-01
Also published as: DE69601381T2; JPH08315777A; US5955846A; CN1080980C; EP0732870A1; KR960035743A; EP0732870B1; CN1137219A; DE69601381D1

Abstract

본 발명에 따른 방전 램프 점등 장치는, 전극을 포함하는 방전 램프와; 상기 방전 램프에 접속되어, 방전 램프를 점등하는 점등 회로(lighting circuit)를 포함하고, 상기 방전 램프는 최소한 부분적으로 전극을 둘러싼 도체를 포함하고, 상기 점등 회로는 상기 전극의 평균 전위 보다 높은 전위를 도체에 제공한다.

Description

방전 램프 점등 장치 및 방법

제1도는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 방전 램프 점등 장치(100)를 도시한 블록 선도.

제2도(a 내지 c)는 제1도에 따른 방전 램프의 구성을 도시한 다이어그램.

제3도(a 및 b)는 제 1 실시예의 전극 전위를 도시한 다이어그램.

제4도(a 및 b)는 방전 램프(1)의 아크관(103)의 내부에 형성된 전계를 도시한 다이어그램.

제5도는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 방전 램프 점등 장치를 도시한 블록 선도.

제6도(a 및 b)는 제 2 실시예의 전극(101 및 102)의 전위를 도시한 다이어그램.

제7도는 복수의 스트라이프 형태인 박막 도체(thin film conductor)를 갖는 방전 램프를 도시한 다이어그램.

제8도는 단지 하나의 박막 도체인 스트라이프를 갖는 방전 램프를 도시한 다이어그램.

제9도는 실시예 1 및 2에 채택된 도체의 또 다른 형태를 도시한 다이어그램.

제10도는 종래의 방전 램프 점등 장치의 구성을 도시한 다이어그램.

제11도 (a)와 (b)는 종래의 방전 램프 점등 장치의 방전 램프(1001)의 전극 A와 B의 전위를 도시한 다이어그램.

제12도 (a)와 (b)는 종래의 방전 램프 점등 장치의 방전 램프 내부에 발생된 전계를 도시한 횡단면도.

제13도는 외부관의 일측(one side)에 베이스(base)를 갖는 방전 램프를 도시한 도면.

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉

1 : 방전 램프 2 : 점등 회로

3 : d.c. 전원 4 : 인버터

5 : 고전압 펄스 발생기 100 : 방전 램프 점등 장치

101,102 : 전극 103 : 아크관

104 : 외부관 105 : 도체

[본발명의 배경]

본 발명은 방전 램프를 점등하기 위한 장치 및 방법(a device and a method for lighting)에 관한 것이다. 특히, 방전 램프의 수명이 연장되는 방전 램프 점등 장치 및 그 방법에 관한 것이다.

제 10 도는 종래의 방전 램프 점등 장치를 도시한 회로도이다. 제 10 도에 있어서, (1001)은 방전 램프로서 이용되는 금속 할로겐 램프(metal halide lamp)를 나타내고, (1002)는 금속 할로겐 램프(1001)를 시동 및 점등하기 위한 점등 회로(lighting circuit)를 나타낸다. 상기 점등 회로(1002)는 d.c.전원(1003), 인버터(1004) 및 고전압 펄스 발생기(1005)로 구성된다.

상기 d.c. 전원(1003)은 정류/평활 회로(rectifying/smoothing circuit)(1007) 및 스텝-다운형 쵸퍼 회로(step-down type chopper circuit)(1029)로 구성된다. 상기 정류/평활 회로(1007)는 상용 a.c. 전원(1006)의 출력을 정류 및 평활하여, d.c. 전류로 변환시킨다. 상기 스텝-다운형 쵸퍼 호로(1029)는 트랜지스터(1008), 다이오드(1009), 쵸크 코일(1010), 캐패시터(1011), 저항기(1012, 1013 및 1014) 및 제어기(1015)를 포함한다. 상기 트랜지스터(1008)는 상기 정류/평활 회로(1007)의 출력을 수신하고, 금속 할로겐 램프(1001)에 인가될 전력을 선정된 수치로 제어한다. 상기 스텝다운형 쵸퍼 회로(1029)는 저항기(1012 및 1013)에 의해 출력 전압을 검출하고, 저항기(1014)에 의해 출력 전류를 검출하며, 상기 두 검출된 신호의 산술 연산을 제어기(1015)에서 실행한다. 따라서, 상기 스텝-다운형 쵸퍼 회로(1029)는 예를 들어, 트랜지스터(1008)를 턴-온 또는 턴-오프를 제어[제어기(1015)의 출력 신호를 기초]하여, 상기 스텝-다운형 쵸퍼 회로(1029)의 출력 전압을 선정된 수치로 유지한다. 상기 인버터(1004)는 트랜지스터(1016, 1017, 1018 및 1019)와 드라이버(1020)를 포함한다. 상기 드라이버(1020)의 출력 신호는 트랜지스터(1017 및 1018)가 턴-온 되는 동안의 기간과, 트랜지스터(1016 및 1019)가 턴-온 되는 동안의 기간을 선택적으로 발생시키는 기능을 한다. 따라서, d.c. 전원(1003)의 출력은 인버터(1004)의 출력 이전에 a.c. 전원으로 변환된다. 상기 고전압 펄스 발생기(1005)는 금속 할로겐 램프(1001)를 개시하기 위해 고전압 펄스를 발생한다.

이후에, 상기 기술한 방전 램프 점등 장치의 동작을 설명한다. 상기 금속 할로겐 램프(1001)가 고전압 펄스 발생기(1005)에 의해 발생된 고전압 펄스에 의해 시동될 때, 상기 금속 할로겐 램프(1001)의 전극 사이에 방전 아크가 형성된다. 금속 할로겐 램프(1001)의 시동 이후에는, 저항기(1012 및 1013)에 의해 금속 할로겐 램프(1001)의 램프 전압과 비례한 신호가 검출되고, 저항기(1014)에 의해 금속 할로겐 램프(1001)의 램프 전류와 비례한 신호가 검출된다. 그들 검출된 신호는 제어기(1015)에 의해 전력 제어 동작에 따르게 되고, 트랜지스터(1008)는 제어되는데, 즉, 상기 금속 할로겐 램프(1001)에 공급되는 전력이 선정된 전력 레벨로 유지되도록 하는 방식으로 턴-온 또는 턴-오프 제어된다. 상기 d.c.전원(1003)의 출력은 금속 할로겐 램프(1001)에 공급되기 이전에 인버터(1004)에 의해 a.c.전력으로 변환된다. 따라서, 금속 할로겐 램프(1001)는 점등(lit)을 유지한다. 상기 d.c. 전원(1003)의 출력으로부터 변환된 a.c.전류의 주파수는, 방전 아크의 불안정이나 소멸, 또는 HID 램프에 특유한 음향적 공명 현상(acoustic resonance phenomenon)으로 인한 금속 할로겐 램프(1001)의 파열(bursting)과 같은 문제를 피할 수 있는 주파수로 종종 설정된다.

그러나, 상기 종래 기술에는 다음과 같은 문제가 나타남을 알 수 있다. 상기 금속 할로겐 램프(1001)는 전극(A 및 B)을 가지며, 상기 d.c. 전원(1003)의 고전위측 출력 전위가 Va이고, d.c. 전원(1003)의 저전위측 출력 전위가 Vb라고 가정한다. 제 11 도는 종래의 방전 램프 점등 장치에 이용된 전극의 전위를 도시한 그래프이다. 상기 전극 A 및 B에는 장방형 파형의 양의 전위가 인가되고 있다. 전극A의 전위가 Va일 때는 전극 B의 전위가 Vb이고, 전극A의 전위가 Vb일 때는 전극B의 전위가 Va이다. 전극A의 평균 전위(예를 들어, 방전 아크의 평균 전위)는 (Va + Vb)/2가 된다. 상기 점등 회로의 마이너스-측 전위가 일반적으로 접지되어 있기 때문에, Vb는 제로가 된다. 결과적으로, 금속 할로겐 램프(1001)의 방전 아크의 평균 전위는 접지된 전위에 대해 포지티브 전위로 된다. 제 12 도는 종래의 금속 할로겐 램프(1001)내의 전계를 도시한 다이어그램이다. 금속 할로겐 램프(1002)를 둘러싸는 소자들이 접지 전위로 유지(즉, 방전 아크의 평균 전위가 상기 둘러싸는 소자들의 전위 보다 높게 된다)되기 때문에, 전계는 상기 소자들의 방향으로 발생된다. 즉, 전계는, 제 12 도 (a) 및 (b)의 화살표 방향으로 표시된 바와 같이, 방전 아크(106)로 부터 상기 아크관의 상기 관(103) 벽 방향으로, 즉, 방전 아크(106)로부터 외부로 발생된다. 제 12도 (b)는 제 12 도(a)의 II-II라인으로 절취한 횡단면도이다.

상기 금속 할로겐 램프(1001)가 광을 발생할 때, 상기 아크관 내에 봉입된 발광 금속(예를 들어, Na 및 Sc)은 이온화되어 양의 전화를 갖는 양이온이 되고, 따라서, 상기 아크관 내부의 방전 아크로부터 관의 벽으로 향하는 방향으로 발생된 전계로 인해 상기 관의 벽쪽으로 이동하도록 힘을 받는다. 따라서, 금속 이온은 아크관 내부에 발생된 전계의 효과로 인해 관의 벽 쪽으로 이동하게 될 수 있다. 결과적으로, 상기 금속 이온 이온 밀도는 상기 관의 벽 근처에서 증가한다.

반면에, 상기 금속 할로겐 램프(1001)의 아크관은 일반적으로 석영 글래스(quartz glass)로 구성되는데, 석영 글래스는 금속 이온과 반응하여 실투 현상(失透:devitrification)을 일으키는 것으로 알려져 있다. 즉, 상기 관의 벽 주위에 금속 이온 밀도가 증가하면, 석영 글래스가 금속 이온과 반응할 수 있는 기회가 증가되고, 따라서 상기 실투 현상이 발생한다.

[본발명의 요약]

본 발명에 따른 방전 램프 점등 장치는, 전극을 포함하는 방전 램프와; 상기 방전 램프에 연결되어 방전 램프를 점등하는 점등 회로(lighting circuit)를 포함하고, 상기 방전 램프는 최소한 부분적으로 전극을 둘러싸는 도체를 포함하고, 상기 점등 회로는 상기 전극의 평균 전위 보다 높은 전위를 상기 도체에 제공하는 방전 램프 점등 장치이다.

본 발명의 한 실시예에 있어서, 상기 방전 램프는 2 이상의 전극이 그 내부에 제공된 아크관과, 상기 아크관 내에 봉입된 발광 가스(light-emitting gas)를 포함하고, 상기 방전 램프 내에 포함된 도체는 상기 아크관의 표면에 배치된다.

본 발명의 다른 실시예에 있어서, 상기 도체는 투광성 막(light transmitting film)이다.

본 발명의 한 실시예에 있어서, 상기 방전 램프는 2 이상의 전극이 그 내부에 제공된 아크관과, 상기 아크관 내에 봉입된 발광 가스(light-emitting gas)와, 상기 아크관을 밀봉(concealing)하는 외부관(outer)을 포함하며, 상기 방전 램프 내에 포함되는 도체가 상기 외부관의 표면에 배치된다.

본 발명의 또 다른 실시예에 있어서, 상기 아크관의 직경에 대한 상기 외부관의 직경 비율은 5.0 이하이다.

본 발명의 또 다른 실시예에 있어서, 상기 도체는 상기 외부관의 축방향에 평행하게 연장하는 적어도 하나의 직선 스트라이프 형상 막(straight stripe-shaped films)을 포함한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 있어서, 상기 도체는 다수의 상기 직선 스트라이프 형상 막을 포함하고, 상기 직선 스트라이프 형상 막을 동일한 간격으로 배치되고, 적어도 부분적으로 상기 외부관을 둘러싸도록 배치된다.

본 발명의 또 다른 실시예에 있어서, 상기 도체는 최소한 부분적으로 상기 외부관을 둘러싸도록 배치된 나선형 스트라이프 형상 막(helical stripe-shaped film)이다.

본 발명의 또 다른 실시예에 있어서, 상기 도체는 투광성 막이다.

본 발명의 또 다른 실시예에 있어서, 상기 도체는 상기 외부관의 축방향에 평행하게 연장하는 적어도 하나의 직선 막을 포함한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 있어서, 상기 도체는 다수의 상기 직선 스트라이프 형상 막을 포함하고, 상기 직선 스트라이프 형상 막은 동일한 간격으로 배치되고, 적어도 부분적으로 상기 외부관을 둘러싸도록 배치된다.

본 발명의 또 다른 실시예에 있어서, 상기 도체는 적어도 부분적으로 상기 외부관을 둘러싸도록 배치된 나선형 스트라이프 형상 막이다.

본 발명의 또 다른 실시예에 있어서, 상기 도체는 상기 외부관의 상부에 배치된다.

본 발명의 또 다른 실시예에 있어서, 상기 도체는 상기 외부관의 축방향에 평행하게 연장하는 적어도 하나의 직선 스트라이프 형상 막을 포함한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 있어서, 상기 도체는 상기 외부관의 내부 표면에 배치된다.

본 발명의 또 다른 실시예에 있어서, 상기 도체는 접지 전위와 동일한 전위를 갖는다.

본 발명의 또 다른 실시예에 있어서, 상기 점등 회로는 전극의 최대 전위 보다 높은 전위를 도체에 제공하는 위한 보조 전원을 더 포함한다.

본 발명의 다른 관점에 있어서, 전극과, 상기 전극을 적어도 부분적으로 둘러싸는 도체를 포함하는 방전 램프를 점등하기 위한 방법을 제공하는데, 상기 방법은 상기 전극의 평균 전위 보다 높은 전위를 도체에 제공하는 단계를 포함한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 있어서, 상기 단계는 상기 전극의 최대 전위 보다 높은 전위를 도체에 제공한다.

따라서, 본 발명에 따라, 방전 램프의 방전 아크 주위의 전위는 상기 방전 아크의 평균 전위 보다 더 높은 전위로 증가되어, 상기 아크관의 관의 벽으로부터 방전 아크의 방향으로 전계를 발생한다. 결과적으로, 상기 관의 벽 주위의 금속 이온 밀도는 감소되어, 상기 아크관을 구성하는 석영 글라스와 상기 관의 벽 주위의 금속 이온 사이의 반응을 억제하여, 실투 현상을 방지한다.

따라서, 본 명세서에 기재된 발명은 실투 현상을 방지하여 방전 램프의 수명을 연장시킬 수 있는 방전 램프 점등 장치 및 방전 램프 점등 방법을 제공할 수 있게 한다.

본 발명의 상기 및 다른 장점은 첨부된 도면을 참조하여 다음 상세한 설명을 통해 본 발명의 기술 분야에 숙련된 사람이면 명백히 이해한다.

이하, 본 발명에 따른 방전 램프 점등 장치 및 그 방법을 첨부된 도면을 참조하여 실시예를 통해 상세히 설명한다. 도면의 동일한 참조 부호는 다음 설명에 있어서 동일한 구성 요소를 나타낸다.

[제 1 실시예]

제 1 도는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 방전 램프 점등 장치(100)를 도시한 블록도이다. 본 명세서에 있어서, 상기 방전 램프 점등 장치(100)는 방전 램프(1) 및 점등 회로(2)를 포함한다고 일반적으로 간주한다.

상기 방전 램프(1)는 내부에 봉입된 전극(101 및 102)을 갖는 아크관과 그 전극(101 및 102)의 주변에 배치된 도체(105)를 포함한다. 상기 도체(105)의 형태는 이후에 상세히 설명한다. 상기 방전 램프(1)는 상기 아크관을 둘러싸는 외부관을 포함할 수 있다.

상기 점등 회로(2)는 방전 램프(1)의 시동/점등을 위해 전극(101 및 102)에 전압을 인가한다. 상기 점등 회로(2)는 d.c. 전원(3), 인버터(4)와, 고전압 펄스 발생기(5)를 포함한다. 상기 d.c. 전원(3)은 상용 a.c. 전원(6)의 a.c. 전압을 수신하여, 그 a.c. 전력을 d.c.전력으로 변환하여, 상기 인버터(4)에 d.c. 전력을 출력시킨다.

상기 d.c.전원(3)은 정류/평활 회로(7) 및 전력 조정기 (regulator)(30)를 포함한다. 상기 정류/평활 회로(7)는 a.c. 전력을 수신하여, 그 수신된 a.c. 전력을 정류 및 평활한다. 상기 전력 조정기(30)는 정류/평활 회로(7)의 전력을 수신하여, 상기 인버터(4)에 출력될 전력을 제어한다. 상기 전력 조정기(30)는 공지된 기술을 이용하여 실현될 수 있다. 예를 들어, 상기 전력 조정기(30)는 트랜지스터(8), 다이오드(9), 쵸크 코일(10), 캐패시터(11), 저항기(12, 13 및 14) 및 제어기(15)로 구성될 수 있다. 상기와 같은 구성 하에, 상기 제어기(15)는 저항기(12 및 13)로부터 얻은 분할된 전압을 모니터하여 상기 d.c. 전원(3)의 출력 전압을 제어하고, 상기 저항기(14)에서 전압 감하를 모니터하여 상기 d.c전원(3)의 출력 전류를 제어한다. 결과적으로, 상기 전력 조정기(30)는 소정의 값으로 출력 전력(예를 들어, 출력 전류로 승산된 출력 전압의 곱)을 제어한다. 상기 제어기(15)는 예를 들어, 상기 모니터된 출력 전압 및 출력 전류의 상응 값에 따라 트랜지스터(8)의 턴-온 및 턴-오프를 제어한다. 상기 구성은 단순히 한 예에 불과하며, 본 발명은 상기 구성의 d.c.전원(3)에 제한을 두지 않는다.

상기 인버터(4)는 트랜지스터(16 및 19)와 드라이버 (20)를 포함한다. 그 인버터(4)는 상기 d.c.전원(3)의 출력을 수신하여 a.c.전력으로 변환하고, 그 a.c.전력을 고전압 펄스 발생기(5)에 출력한다. 상기 드라이버(20)는 한 쌍의 트랜지스터(16 및 19)와 한 쌍의 트랜지스터(17 및 18)가 선택적으로 턴-온 되는 방식으로 트랜지스터(16 내지 19)를 구동시킨다.

상기 고전압 펄스 발생기(5)는 고전압 펄스를 발생하여 방전 램프(1)를 개시하기 위해 방전 램프(1)에 출력한다. 상기 방전 램프(1)가 점등(lit)되어 방전 아크가 발생되면, 고전압 펄스 발생기(5)는 고전압 펄스 발생을 정지하고, 그 대신에 방전 아크를 유지하기 위해 충분히 높은 전압을 출력시킨다.

상기 방전 램프(1)의 구성을 도시한 도면 제 2 도(a 내지 c)이다. 아크관(103)은 내부에 봉입된 기동 가스(start gas)[예를 들어, 크세논(Xe)] 및 발광 금속(예를 들어, Na, Sc 및 Hg)을 갖는 석영 글라스로 형성된다. 상기 아크관(103) 내측에는 방전 공간이 형성된다. 전극(101, 102)을 포함하는 평면으로 취해진, 제 1 실시예에서의 아크관(103)의 횡단면이 옆으로 긴 타원형으로 도시되어 있따. 그러나, 상기 아크관(103)의 형태는 예를 들어, 원통형 또는 구형으로도 될 수 있다.

상기 전극(101 및 102)은 텅스텐으로 형성되어, 상기 아크관(103)의 방전 공간으로 돌출하도록 위치된다. 상기 전극(101 및 102)은 상기 점등 회로(2)에 접속된다.

제 2 도(a)에 있어서, 상기 도체(105)는 상기 아크관 (103)의 외부 표면(예를 들어, 방전 공간의 반대 쪽 표면)에 제공된다. 제 1 및 제 2 실시예에 있어서의 상기 도체(105)는 투광성 및 도전성을 가지는 박막(light-transmitting and conductive thin film)이다. ITO(인듐-주석 산화물)은 도체에 이용되지만 본 발명은 그에만 제한을 두지 않는다. 상기 도체(105)은 아크관(103)의 표면에 도포되어 형성된다.

제 2 도(b)에 있어서, 아크관(103)을 둘러싸도록 외부관(104)이 형성된다. 상기 외부관(104)은 파열을 방지하고 자외선을 제거하기 위해 제공된다. 예를 들어, 상기 외부관(104)은 하드 글라스(hard glass)로 형성된다. 상기 외부관(104)과 아크관(103) 사이의 공간은 아르곤과 같은 불활성 가스로 채워진다. 제 2 도(b)의 도면에 있어서, 상기 도체(105)는 상기 외부관(104)의 내부 표면[예를 들어, 상기 아크관(103)에 접하는 외부관(104)의 내부 표면]에 제공된다.

제 2 도 (c)에 있어서, 상기 도체(105)는 상기 외부관 (104)의 외부 표면[예를 들어, 상기 아크관(103)에 접하는 표면의 반대표면]에 제공된다.

제 2 도 (c) 및 (b)에 도시된 상기 도체(105)는 제 2도(a)에 도시된 도체(105)를 형성하기 위한 방법 및 동일한 재료를 사용하여 형성된다. 제 2 도 (a) 내지 (c)중 어느 한 도면에 있어서, 상기 도체(105)는 와이어(도시하지 않음)를 통해 d.c. 전원(3)의 접지(GND)에 연결된다.

이후에 상기 기술한 구성을 갖는 방전 램프 점등 장치(100)의 동작을 설명한다. 상기 고전압 펄스 발생기(5)는 상기 방전 램프(1)의 전극(101 및 102)에 고전압 펄스를 인가하여 방전 램프(1)를 시동한다.

결과적으로, 상기 방전 아크는 상기 아크관(103) 내부의 방전 공간 내의 전극(101 및 102) 사이에 형성된다. 상기 방전 램프가 시동된 이후에, 상기 제어기(15)는 트랜지스터(8)를 제어하여, 방전 램프(1)에 인가되는 전력이 방전 램프(1)의 램프 전압에 비례하는 신호[저항기(12 및 13)에 의해 검출됨] 및 방전 램프(1)의 램프 전류에 비례하는 신호[저항기(14)에 의해 검출됨]에 기초하여 소정의 램프 전력 레벨로 되도록 한다. 결과적으로, d.c. 전원(3)의 출력은 상기 방전 램프(1)에 인가되기 이전에 인버터(4)에 의해 a.c. 전력으로 변환된다. 상기 방전 램프(1)의 아크관(103)내의 방전 아크는 상술한 방법으로 인가된 전력에 의해 유지된다. 제 1 실시예에 있어서, 상기 d.c. 전원(3) 극성 전환 형태의 쵸퍼 회로(polarity-conversion type chopper circuit)로 구성된다. 상기 d.c. 전원(3)의 출력 단자(c)에는 음의 전위(접지 GND 전위에 대하여)가 인가된다.

제 3 도 (a) 및 (b)는 제 1 실시예의 방전 램프(1)의 전극(101 및 102)의 전위를 도시한 도면이다. 제 3 도에 있어서, 횡좌표 축은 시간을 나타내고, 종좌표 축은 상기 d.c. 전원(3)의 접지(GND) 전위에 대하여 전극(101 및 102)의 전위를 나타낸다. 여기서, 상기 d.c. 전원(3)의 출력 단자(c 및 d)는 -Vc 및 -Vd의 전위를 각각 갖고(여기서, Vc 〉 0 이고, Vd 〉 0), 상기 전극(101 및 102)은 전위(V101 및 V102)를 각각 갖는다고 가정한다. 상기 전위(V101 및 V102)의 레벨은 장방형 파형으로 변환된다. 상기 전위(V101)의 평균값과 상기 전위(V102)의 평균값은 모두 -(Vc + Vd)/2 이다. 상기 전극(101 및 102)의 평균 전위는 상기 방전 램프(1)의 방전 아크의 평균 전위와 실질적으로 동일하다. 상기 접지(GND)에 대한 도체(105)의 전위는 제로이다.

제 4 도 (a) 및 (b)는 아크관(103)의 내부에 형성된 전계를 도시한 도면이다. 제 4 도 (a)의 I-I 라인을 절취한 횡단면이 제 4 도 (b)에 도시되어 있다. 상기 방전 아크(106)가 아크관(103) 내부에서 발생하는 대류(covection current)에 의한 영향으로 인하여, 상기 방전 아크(106)는 아크관(103)의 상부 쪽으로 조금 "휘어진다(bent)". 상기 도체(105)의 전위(접지 GND 전위)는 상기 d.c. 전원(3)의 출력 단자(d)의 전위 (-Vd)와 실질적으로 동일하게 간주될 수 있다. 그러므로, 도체(105)의 전위는 전극(101 및 102)의 평균 전위(예를 들어, 방전 아크의 평균 전위) 보다 높게 된다. 따라서, 도체(105)로부터 방전 아크(106)의 방향으로 형성된 전계[예를 들어, 제 4 도 (a) 및 (b)의 화살표로 도시된 아크관(103)으로부터 방전 아크(106)의 방향으로의 전계]는 제 4 도(a) 및 (b)에 도시된 것처럼 아크관(103) 내부에 존재한다. 따라서, 상기 아크관(103)의 관의 벽으로부터 아크관(103)의 중앙 방향으로 형성된 전계는 상기 아크관(103) 내부의 양의 이온이 되는 금속 이온(Na, Sc 및 Hg)에 대하여, 방전 아크(106) 쪽으로 이동하도록 힘을 가한다. 결과적으로, 금속 이온의 양의 이온은 아크관(103)의 관 벽으로부터 제거되어, 실투 현상을 방지한다.

제 1 실시예에 따라, 방전 램프(1)의 전극(101 및 102)을 둘러싸는 도체의 전위는 전극(101 및 102)의 평균 전위 보다 높은 전위를 갖는다. 그와 같은 구성은 방전 아크(106)의 중앙 방향으로 아크관(103) 내부에 전계를 발생시킬 수 있다. 결과적으로, 상기 아크관(103)을 구성하는 석영 글라스의 실투 반응은 억제되어, 수명이 긴 램프를 실현한다.

또한, 제 2 도(c)에 도시된 것처럼 외부관(104)의 외부 표면상에 도체(105)를 제공함으로써, 상기 램프의 제조 공정을 단순화 시킨다(그 이유는 방전 램프(1)의 제조 공정의 최종 단계에서 도체를 형성할 수 있기 때문이다).

제 2 도 (a) 및 (c)에 있어서, 아크관(103)의 직경(r1)과 외부관(104)의 직경(r2)은 실투 현상을 방지하기 위하여 관계식(r2/r1 ≤ 5.0)이 되는 것이 바람직하다. 상기 관계식은 외부관(104)이 아크관(103) 주위에 형성되고, 도체(105)가 외부관(104)에 제공되는 경우에 바람직하다. 또한, 상기는 제 2 실시예에 동일하게 적용할 수 있다.

[제 2 실시예]

제 5 도는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 방전 램프 점등 장치를 도시한 블록도이다. 본 명세서에 있어서, 제 2 실시예의 방전 램프 점등 장치(200)는, 전극(101 및 102)의 평균 전위 보다 더 높은 전위를 도체(105)에 공급하기 위한 전원(521)을 포함하는 점등 회로(502)를 제외하고는, 제 1 실시예의 구성과 동일한 구성을 갖는다.

전력 조정기(503)는 출력 단자(a 및 b)에 전위(Va 및 Vb)(접지 GND에 대한 전위)를 공급한다. 상기 전력 조정기(530)는 트랜지스터(508), 다이오드(509), 쵸크 코일(510), 캐패시터(511), 저항기(512, 513 및 514) 및 제어기(515)를 포함하며, 제 1 실시예의 전력 조정기와 동일한 방법으로 기능한다.

인버터(504)는 트랜지스터(516 내지 519)와 드라이버 (520)를 포함한다. 그 인버터(504)는 제 1 실시예의 인버터(4)와 동일한 방법으로 기능을 한다.

상기 전원(521)은 인버터(504)의 출력 전압을 수신하여, 도체(105)에 공급될 전위(2Va)(접지 GND에 대한 전위)를 발생한다. 상기 전원(521)은 변압기(522), 다이오드(523 및 524)와 캐패시터(525 및 526)로 구성된 소위 전압 더블링 정류기(voltage doubling rectifier)로 불린다.

상기 전원(521)의 변압기(522)는 d.c.전원(503) 및 인버터(504)로부터 전원(521)을 절연시키기 위해 제공된다. 변압기(522)의 1차 권선(예를 들어, 인버터(504)에 보다 가까운)의 회전수(number of turns)에 대한 2차 권선(예를 들어, 도체(105)에 보다 가까운)의 회전수의 비율은 1 : 1 이다. 고전압 펄스 발생기(5)는 방전 램프(1)가 점등(lit)될 때 고전압 펄스 발생을 정지한다. 상기 방전 램프(1)는 제 2 도 (a) 내지 (c)에 도시된 구조중 어느 한 구조를 가질 수 있다. 상기 언급한 구성을 갖는 제 2 실시예의 방전 램프 점등 장치(200)는, 전극(101 및 102)의 평균 전위 보다 더 높은 전위가 방전 램프 점등 장치(200)의 도체(105)에 공급되는 것을 제외하고, 제 1 실시예의 방전 램프 점등 장치(100)와 동일한 동작을 한다.

제 6 도 (a) 및 (b)는 제 2 실시예의 방전 램프(1)의 전극(101 및 102)의 전위를 도시한 도면이다. 제 6 도에 있어서, 횡좌표 축은 시간은 나타내고, 종좌표 축은 d.c. 전원(503)의 접지(GND) 전위에 대한 전극(101 및 102)의 전위를 나타낸다. 여기서, 상기 d.c. 전원(503)의 출력 단자(a 및 b)는 Va 및 Vb의 전위를 각각 갖고(여기서, Va 〉 0 이고, Vb 〉 0), 상기 전극(101 및 102)은 전위(V101 및 V102)를 각각 갖는다고 가정한다. 상기 전위(V101 및 V102)의 레벨은 장방형 파형으로 변화된다. 상기 전위(V101)의 평균값과 상기 전위(V102)의 평균값은 모두 (Va + Vb)/2 이다. 상기 전극(101 및 102)의 평균 전위는 상기 방전 램프(1)의 방전 아크의 평균 전위와 실제로 동일하다. 상기 d.c.전원(503)의 출력 단자(a)의 전위(Va)는 상기 d.c. 전원(503)의 출력 단자(b)의 전위(Vb) 보다 높다.

제 1 실시예에서 설명된 것처럼, 전위(Vb)는 접지 (GND)의 전위와 같다. 그러므로, 전극(101 및 102)의 평균 전압[방전 아크(106)의 평균 전압과 같은 전압]은 Va/2와 같다. 상기 전원(521)은 인버터(504)의 출력에 접속된 전압 더블링 정류기이다. 트랜지스터(516 내지 519)의 전압 강하가, 온 상태일 때, 실질적으로 0[V]라고 가정하면, 전원(521)의 출력 전위(Ve)는 (Va - Vb)x2와 동일하다. 전위(Vb)가 실질적으로 0[V]이기 때문에, 전원(521)에 접속된 도체(105)의 전위는 2Va가 된다.

상기 전극(101 및 102)의 전위는 최소값(Vb)(실질적으로 제로)과 최대값(Va)을 각각 취한다. 그러므로, 도체(105)의 전위(Ve)는 전극(101)의 전위와 전극(102)의 전위 둘 모두의 전위 보다 높다. 특히, 상기 도체(105)의 전위는 전극(101 및 102)의 전위로부터 최소한 Va(Va 〉 0)의 차를 갖는다.

또한, 제 2 실시예에 있어서, 제 1 실시예의 설명에서 제 4 도의 화살표에 의해 표시된 것처럼, 도체(105)로부터 방전 아크(106)의 방향으로 형성된 전계가 존재하다. 그렇게 형성된 전계는 아크관 내부에 양의 이온이 되는, 예를 들어 Na, Sc 및 Hg와 같은 금속 이온에 대하여, 방전 아크(106)의 방향으로 이동하도록 힘을 가한다. 결과적으로, 금속 이온의 양의 이온은 아크관의 관벽으로부터 분리되어 이동되고, 관의 벽 주위의 금속 이온 밀도를 감소시킨다.

제 1 실시예와는 달리, 제 2 실시예에 따른 도체(105)의 전위(Ve)는 전극(101)의 전위와 전극(102)의 전위 모두 보다 항상 높다. 즉, 도체(105)의 전위로부터 전극(101 및 (102)의 평균 전위의 차(예를 들어, 방전 아크(106)의 평균 전위)는 제 1 실시예의 경우 보다 더 크다. 결과적으로, 아크관(103)내의 공간에 보다 강한 전계가 발생되고, 제 2 실시에에 따른 실투 현상 방지에 있어서 보다 큰 효과를 얻는다. 상기 결과는 방전 램프(2)의 수명 시간을 더 증가시키는 결과를 얻는다.

다음은 제 1 및 제 2 실시예에 이용될 수 있는 방전 램프(1)의 여러 형태를 설명한다. 제 7 도는 다수의 스트라이프 형태인 박막을 갖는 방전 램프를 도시한 다이어그램이다. 아크관(103)의 횡단면의 전체 원주를 둘러싸도록 투광성 및 도전성 박막[도체(105)로서 기능을 함]이 제공되는 제 2 도의 경우와 마찬가지로, 투광성 및 도전성 박막이 제 7 도의 도체 (705)로서 이용된다. 도체(705)는 전극(101 및 102))을 둘러싸는 소자에 대한 실투 현상을 방지하는 전위를 제공한다[제 1 실시예에서 도체(105)가 하는 것처럼]. 상기 도체(705)는 외부관(104)의 외부 표면에 제공된 스트라이프 형태로 되어 있다. 인접한 도체들(705) 사이에 한 공간이 설치된다. 상기 스트라이프형 도체(705)는 램프로부터 방출되는 광의 투과율을 개선하면서, 실투 현상을 방지하기에 충분한 전계를 실현하는 효과를 제공한다. 비록, 박막 도체(705)의 6개의 스라이프가 제 7 도에 적용되어 도시되어 있지만, 본 발명은 그와 같은 스트라이프수에 어떤 제한을 두지 않는다. 그와 같은 유사한 효과는 제 7 도에 도시된 스트라이프형 박막 도체(705) 대신에 외부관(104)상에 도전성 금속 와이어(도시하지 않음)등을 제공하여 얻을 수 있다.

제 8 도는 박막(805)인 단지 하나의 스트라이프를 갖는 방전 램프를 도시한 도면이다. 제 8 도에 도시된 도체(805)는 한 스트라이프 형태를 가지며, 외부관(104)의 상부에 제공되는데, 그곳은 아크관(103)이 실투현상을 나타내기 쉬운 곳이다. 상기 방전 램프(1)의 길이 방향이 수평이 되는 방식으로 상기 방전 램프(1)가 배치되는 경우에 있어서, 상기 아크관(103)의 상부가 특히 실투 현상을 나타내기 쉽다. 여기서, "상부(upper)"는 임의의 물체가 중력으로 인하여 지구로 이끌리는 방향과 반대 방향으로 나타내는 것으로 정의된다. 특히, 아크관(103) 내부에 봉입된 가스는 중력의 영향을 받아 아크관(103) 내부의 대류(convection current)로 인하여 이동되고, 그로인해, 아크관(103)의 상부에 스트라이프 형태의 도체(805)를 제공하여, 인가해야 할 도체(805) 영역을 감소시키면서, 실투 현상을 방지할 수 있다. 제 8 도의 방전 램프 구성을 채택하여 실투 현상을 방지하면서, 비용을 감소시킨다.

제 9 도는 제 1 및 제 2 실시예에 이용된 도체의 다른 형태를 도시한 도면이다. 제 9 도에 도시된 도체(905)은 외부관(104)의 외부 표면상에 나선형 형태로 형성된 투광성 및 도전성 박막이다.

제 2 도 (b)에 도시된 방전 램프 구성[도체(105)가 외부관(104)의 내부에 박막 형태로 인가됨]이 본 발명의 제 1 및 제 2 실시에에 적용될 때, 사용자가 도체(105)를 결코 직접 접촉할 수 없기 때문에 임의의 특정 절연 수단을 제공할 필요는 없다. 제 2 도 (a) 및 (c)의 경우에, 도체(105) 상에 절연막을 적용하여 쉽게 절연시킬 수 있다. 더욱이, 상기 도체(105)는 외부관(104)의 표면 전체 모두에 도포시킬 필요가 없고, 충분한 전계가 실현된다면, 상기 스트라이프(상기 기술한 스트립)나, 나선형 스트라이프나, 동심원 스트라이프 형으로 도포하여도 좋다.

비록, 상기 실시예에서는 도전성 박막이 이용되었지만, 상기 도체를 임의 소자로 대치할 수 있는데, 예를 들어, 방전 램프의 방전 아크의 주위에서, 임의 전위로 유지되는 조명 기구(luminare device)를 이용할 수도 있다. 상기 정류/평활 회로(7)에 의해 a.c.전원(6)의 출력을 정류 및 평활하여 얻어진 d.c.전압이 제 1 실시예에서 d.c.전원에 인가되었지만, 상기 방전 램프에 직접 d.c. 전압을 인가할 수 도 있다.

제 2 실시예의 상기 도체(105)는, 전위가 방전 아크의 평균 전위 보다 높기만 하다면, 시간적으로 변화하는 a.c.전위를 가질 수도 있다(시간적으로 변화하지 않는 d.c. 전위 대신에). 비록, 상기 d.c.전원의 출력 전압보다 2배 높은 전압이 제 2 실시예의 도체(105)에 인가되었지만, 방전 아크(106)의 평균 전위 보다 높은 다른 전위 레벨을 인가할 수도 있다. 비록, 제 2 실시예에서 전원(521)이 전압 더블링 정류기이지만, 전극(101 및 102)의 평균 전위 보다 높은 전위[예를 들어, 방전 아크(106)의 평균 전위]가 발생된다면, 예를 들어, 스텝 쵸퍼 회로와 같은 임의 다른 방법을 이용하는 것도 적용될 수 있다. 비록, 전원(521)의 입력이 인버터(504)의 출력에 직접 결합 되었지만, 예를 들어, d.c.전원(503)과 같은 다른 소자의 출력에 전원(521)을 결합시킬 수도 있다.

비록, 제 1 및 제 2 실시예가 석영 글라스와 발광 금속 사이의 반응에 관련 되었지만, 본 발명은 다른 종류의 글라스 또는 세라믹과 다른 종류의 발광 금속 사이의 반응을 방지하는데 효과적이다.

비록, 상기 실시예에서 방전 램프가 두 개의 베이스를 가지고 있지만, 본 발명은 하나의 베니스를 갖는 방전 램프로 응용될 수도 있다. 예를 들어, 외부관(1304)의 한 측면에 하나의 베이스를 갖는 제 13 도에 도시된 방전 램프가 사용될 수도 있다. 아크관(1303)은 아크관(103)과 유사하다. 역시, 상기 경우에 있어서도, 본 발명의 상기 기술한 효과는 전극(1301 및 1302) 및 도체(1305)가 상기 기술한 적당한 전위를 갖도록 하여 얻을 수 있다.

비록, 상기 실시예에서 두 개의 전극이 아크관 내부에 존재하도록 되어 있지만, 전극의 수는 거기에 제한되지 않는다.

상기 도체은, 비록 박막으로 예시되어 있지만 예를 들어, 금속으로 구성된 와이어가 될 수도 있다.

상기 기술한 도체의 형태 및 다른 특징은 본 발명에 따른 조합으로 응용될 수 있다. 예를 들어, 스트라이프 형태의 도체는 관계식 "r2/r1 ≤ 5.0"에 의해 정의되는 조건과 조합하여 이용될 수 있다.

양의 전위를 공급하기 위한 쵸퍼 회로와 음의 전위를 공급하기 위한 쵸퍼 회로는, 상기 기술한 전극과 도체 사이의 전위의 관계식이 만족되기만 하면, d.c.전원으로서 동일하게 이용될 수 있다. 더욱이, 상기 d.c. 전원은 상기 쵸퍼 회로에만 제한되지 않으며, 상이한 형태의 스위칭 전원이 될 수도 있다.

본 발명의 방전 램프 점등 장치 및 점등 방법에 따라, 방전 램프의 전극을 둘러싸도록 도체가 제공되고, 상기 도체는 방전 램프의 전극의 평균 전위 보다 높은 전위를 갖는다. 결과적으로, 본 발명은 아크관(방전 램프의 아크관)을 구성하는 재료와 발광 금속 사이의 반응을 억제시키는 장점을 최소한 제공하고, 그로 인해, 방전 램프의 수명을 연장시킨다.

본 발명의 기술 분야에 숙련된 사람들은 본 기술 분야의 정신과 범위 내에서 다른 여러 수정안을 제안할 수 있음은 자명하다. 따라서, 본 명세서에 첨부된 특허 청구의 범위는 그 기술한 범위에만 한정하지 않으며, 넓게 기재될 수도 있다.

Claims

방전 램프 점등 장치(discharge lamp lighting device)에 있어서, 전극이 그 내부에 제공된 아크관(arc tube)과, 상기 아크관을 밀봉하는 선택적인 외부관(optional outer tube)을 포함하는 방전 램프와; 상기 방전 램프에 접속되어, 상기 방전 램프를 점등하는 점등 회로를 포함하며, 상기 방전 램프는 적어도 부분적으로 상기 전극을 둘러싸는 도체를 포함하고, 상기 도체는 상기 아크관의 외부 표면상 또는 상기 선택적인 외부관상에 배치되고, 상기 점등 회로는 상기 전극의 평균 전위 보다 높은 전위를 상기 도체에 제공하는 것을 특징으로 하는 방전 램프 점등 장치.
제1항에 있어서, 상기 방전 램프는 2 이상의 전극이 그 내부에 제공된 상기 아크관과, 상기 아크관내에 봉입되는 발광 가스(light-emitting gas)를 포함하는 방전 램프 점등 장치.
제2항에 있어서, 상기 도체는 투광성 막(light-transmitting film)인 방전 램프 점등 장치.
방전 램프 점등 장치에 있어서, 전극을 포함하는 방전 램프와; 상기 방전 램프에 연결되어, 상기 방전 램프를 점등하는 점등 회로를 포함하며; 상기 방전 램프는 적어도 부분적으로 상기 전극을 둘러싸는 도체를 포함하고, 상기 점등 회로는 상기 전극의 평균 전위보다 높은 전위를 상기 도체에 제공하며; 상기 방전 램프는 2 이상의 전극이 그 내부에 제공된 아크관과, 상기 아크관내에 봉입된 발광 가스(light-emitting gas)와, 상기 아크관을 밀봉하는 외부관을 포함하고, 상기 방전 램프 내에 포함된 상기 도체는 상기 외부관의 표면에 배치되는 방전 램프 점등 장치.
제4항에 있어서, 상기 아크관의 직경에 대한 외부관의 직경 비율은 5.0 이하인 방전 램프 점등 장치.
제5항에 있어서, 상기 도체는 상기 외부관의 축방향에 평행하게 연장하는 적어도 하나의 직선 스트라이프 형상 막(straight stripe-shaped films)을 포함하는 방전 램프 점등 장치.
제6항에 있어서, 상기 도체는 복수의 상기 직선 스트라이프 형상 막을 포함하고, 상기 직선-스트라이프 형상 막들은 동일한 간격으로 배치되고, 적어도 부분적으로 상기 외부관을 둘러싸도록 배치되는 방전 램프 점등 장치.
제5항에 있어서, 상기 도체는 적어도 부분적으로 상기 외부관을 둘러싸도록 배치된 나선형 스트라이프 형상 막(helical stripe-shaped film)인 방전 램프 점등 장치.
제4항에 있어서, 상기 도체는 투광성 막(light-transmitting film)인 방전 램프 점등 장치.
제9항에 있어서, 상기 도체는 상기 외부관의 축방향에 평행하게 연장하는 적어도 하나의 직선 스트라이프 형상 막을 포함하는 것을 특징으로 하는 방전 램프 점등 장치.
제10항에 있어서, 상기 도체는 복수의 상기 직선 스트라이프 형상 막을 포함하고, 상기 직선 스트라이프 형상 막은 동일한 간격으로 배치되고, 적어도 부분적으로 상기 외부관을 둘러싸도록 배치되는 방전 램프 점등 장치.
제9항에 있어서, 상기 도체는 적어도 부분적으로 상기 외부관을 둘러싸도록 배치된 나선형 스트라이프 형상 막인 방전 램프 점등 장치.
제4항에 있어서, 상기 도체는 상기 외부관의 상부(upper portion)에 배치되는 방전 램프 점등 장치.
제13항에 있어서, 상기 도체는 상기 외부관의 축방향에 평행하게 연장하는 적어도 하나의 직선 스트라이프 형상 막을 포함하는 방전 램프 점등 장치.
제4항에 있어서, 상기 도체는 상기 외부관의 내부 표면(inner surface)에 배치되는 방전 램프 점등 장치.
제15항에 있어서, 상기 도체는 상기 외부관의 축방향에 평행하게 연장하는 적어도 하나의 직선 스트라이프 형상 막을 포함하는 방점 램프 점등 장치.
제16항에 있어서, 상기 도체는 복수의 상기 직선 스트라이프 형상 막을 포함하고, 상기 직선 스트라이프 형상 막은 동일한 간격으로 배치되고 적어도 부분적으로 상기 외부관을 둘러싸도록 방전 램프 점등 장치.
제15항에 있어서, 상기 도체는 적어도 부분적으로 상기 외부관을 둘러싸도록 배치된 나선형 스트라이프 형상 막인 방전 램프 점등 장치.
제1항에 있어서, 상기 도체는 접지 전위와 동일한 전위를 갖는 방전 램프 점등 장치.
제1항에 있어서, 상기 점등 회로는 상기 전극의 최대 전위 보다 높은 전위를 상기 도체에 제공하기 위한 보조 전원을 더 포함하는 방전 램프 점등 장치.