KR100451453B1 - 베이스를 구비하는 방전 램프 - Google Patents

Abstract

본 발명의 유전성 임피디드 방전에 의한 동작에 적당한 베이스(2)를 구비하는 방전 램프(1)는 베이스(2)와 방전관(3)의 외부벽 사이에 스페이싱을 가진다. 따라서 UV 방사 생성의 전체 효율성이 개선된다.

Description

베이스를 구비하는 방전 램프 {DISCHARGE LAMP WITH BASE}

문서 WO-A-98/11596, 특히 도면 5a 내지 5c에는 이미 에디슨 스크류 베이스(Edison screw base)를 가지는 상기의 램프가 개시되어 있다. 상기 램프는 방전관 내부에 나선형 전극을 가진다. 게다가 네 개의 스트립형 전극은 방전관의 외부벽에 배치된다. 상기 램프는 시동시 문제점이 발생할 수 있으며 발광율이 매우 낮은 단점을 가진다.현재의 지식 수준에서, 이하의 설명은 어떤 종류의 이론적인 해석을 수립시키는 목적이 아니라 상기 문제를 해결하는 것이다. 베이스에서 변위 전류(displacement current)와 누설 전류(leakage current)가 발생할 수 있다. 따라서, 방전이 감소되며 발광율이 떨어진다.

본 발명은 청구항 제 1항의 전제부를 따르는 베이스를 구비하는 방전 램프에 관한 것이다.

상기의 "방전 램프"라는 용어는 가스 방전을 기초로 하는 전자기 방사의 소스를 포함한다. 방사 스펙트럼은 이 경우에 있어서 가시 영역과 UV(자외선)/VUV(진공 자외선) 영역 및 IR(적외선) 영역을 모두 포함할 수 있다. 게다가, 형광층은 비가시광을 가시광으로 변환시키기 위해 제공될 수 있다.

이는 적어도 하나의 소위 유전성 임피디드 전극(dielectrically impeded electrode)을 가지는 방전 램프이다. 유전성 임피디드 전극은 유전체에 의해 방전관의 내부와 분리된다. 상기의 유전체는 예를 들면 전극을 덮는 유전층으로서 설계될 수 있거나 또는, 특히 전극이 방전관의 외부벽에 배치되는, 램프의 방전관에 의해 형성된다.

도 1은 플랜지 타입의 베이스를 가지는 방전 램프를 도시한다.

본 발명의 목적은 상술한 문제를 피하는 것이며 개선된 발광율을 가지는 청구항 제 1항의 전제부에 따른 베이스를 가지는 방전 램프를 제공하는 것이다.

상기 목적은 청구항 제 1항의 특징부에 의해 달성된다. 특히 유리한 개선 사항은 종속항에서 발견된다.

본 발명은 또한 베이스를 가지는 상기 방전 램프 및 상기 방전 램프로의 펄스형 액티브 전력 주입을 위해 설계된 회로 장치를 가지는 시스템에 관한 것이다.

본 발명의 기본적인 아이디어는 베이스와 방전관의 외부벽 사이에 스페이싱(space)이 제공되는 것을 포함한다. 특히, 도입부에 제기한 문제는 상기 스페이싱이 충분히 클 때에 아주 간단하게 회피할 수 있다. 게다가 외부 전극의 공급선은 내부 전극으로부터의 자신들의 스페이싱 또는 내부 전극의 공급선이 각각의 외부 및 내부 전극 사이의 스페이싱에 도달하도록 하는 방식으로 배치된다. 상기 목적을 위해, 공급선이 외부 전극과 접촉하는 지점보다 방전관의 외부 직경이 더 작은 지점에서, 외부 전극의 공급선이 방전관의 외부벽과 닿는 것을 방지하는 수단이 제공된다. 이는 스템(stem)과 가장 먼저 관계하게 되며, 그 시작점에서 방전관이 일반적으로 점점 가늘어진다(tapering). 결과적으로, 방전 램프의 세로축을 둘러싸는 전도체가 수단으로서 제공되며, 이를 통해 모든 외부 전극의 공급선이 적절하게 접촉하게 된다. 램프의 세로축에 동심으로 배치된 금속링이 적당하며, 그 직경은 외부 전극과 공급선의 접촉부 및 내부 전극 사이 스페이싱의 적어도 두 배가 된다. 외부 전극의 공급선과 스템 사이의 적당한 스페이싱이 상기 방식으로 확보된다. 선택적으로, 전도체는 또한 스템을 홀딩하는 컷아우트(cutout)를 가지는 금속 디스크로 설계될 수 있다. 이에 대한 추가의 상세한 설명을 위한 예시적인 실시예에 대한 설명이 제공된다.

베이스는 금속 링 또는 시트-금속 디스크 및 외부 전극의 공급선이 바람직하지 않게 접촉하는 것에 대하여 베이스에 의해 보호되는 방식으로 방전관 위에서 가볍게 풀-업(pull-up)된다.

베이스는 고정 수단에 의해 램프의 스템에서 고정된다. 이러한 방식으로 방전관의 외부벽으로부터 요구되는 스페이싱을 구현하는 것이 가능하다. 이는 실시예에서 보다 자세하게 설명된다.

예를 들어, 캐스팅 화합물(casting compound)이 고정 수단으로서 적당하다. 상기 베이스는 상기 목적을 위해 베이스 쉘을 가진다. 적어도 베이스 쉘과 스템 사이 스페이싱의 하위영역(subregion)은 캐스팅 화합물로 밀봉된다. 베이스는 상기 방식으로 스템에 고정된다. 여기에서 결정적인 것은 베이스 쉘과 캐스팅 화합물이 모두 방전관의 벽에 의해 에워싸인 가스 공간, 특히 램프의 동작동안 유전성 임피디드 방전이 발생하는 방전관으로부터 충분한 스페이싱을 가진다는 것이다.

이는, 예컨대 방전관으로부터 떨어진 스템의 일 단부에서, 스템의 하위영역만을 덮는 캐스팅 화합물을 가짐으로써 구현될 수 있다. 물론, 하위영역의 크기를 선택할 때, 램프와 베이스가 충분한 신뢰도로서 상호접속하는 것이 보장되어야 한다.

게다가, 방전관의 외부벽과 베이스 쉘의 내부벽 사이의 전형적인 최소 스페이싱은 일 내지 수 밀리미터의 크기이다. 방전관 및 베이스 쉘의 직경외에 베이스 쉘내의 방전관 중심의 통상적인 공차에서, 이는 충분한 스페이싱이 전반적으로 보장되며 이에 따라 램프의 높은 발광율을 보장하는 목적을 위한 실시에서 이미 판명되었다.

바람직하게, 적어도 하나의 불활성 가스 예를 들면, 엑시머(excimer)를 형성하기 위한 크세논 또는 크립톤 및 그 대안으로서 플루오르화물 또는 할로겐을 포함하는 이온화가능 충진재가 방전관의 내부에 위치한다. 이에 의하여, 유전성 임피디드 방전은 램프가 동작하는 동안 강한 UV/VUV 방사를 생성한다.

만일 램프가 UV/VUV 에미터(emitter)로서 사용된다면, 즉 단파장 방사를 변환시키는 형광층을 가지지 않는다면, 가능한한 캐스팅 화합물 및 베이스 쉘 모두를 위한 VU/VUV-저항 금속을 선택할 필요가 있다. 유리, 세라믹, 특정의 Teflon-형의 플라스틱, 예를 들면, PVDF(polyvinylidene fluorides) 또는 일반적으로 UV-저항 PTFE(polytetrafluoroethylene = Teflon)-관련 플라스틱 및 금속이 베이스 쉘에 특히 적당하다. 세라믹 시멘트, 에폭시 합성수지 또는 Sauereisen 시멘트는 캐스팅 화합물에 적당한 재료료 판명되었다.

특히 높은 발광율은 펄스형 액티브 전력 주입을 위한 W0-A-94/23442에 개시된 방법을 따라 동작할 때 베이스를 가지는 본 발명에 따른 램프를 사용하여 달성될 수 있다.

이를 위해, 베이스를 가지는 램프는 방전램프의 펄스형 액티브 전력 주입의 시퀀스를 위해 설계된 회로 장치에 의해 시스템을 형성하여 완성된다. 개별 액티브 전력 주입은 대드 타임(dead time)에 의해 서로 분리된다. 펄스폭과 대드 타임은 발광율이 적정하도록 W0-A-94/23442에 개시된 발명에 따라 서로 조정된다.

본 발명은 도면을 참조로 이하에서 상세하게 설명된다.

플랜지 타입의 베이스(2;단면)를 가지는 방전 램프(1;정면)는 도면에서 개략적으로 도시되어 있다. 이는 예를 들면 표면 클리닝, 광분해, 오존 생성, 금속화, UV 경화등과 같은 UV 발광을 위한 UV/VUV 에미터이다.

방전 램프(1)는 0.7mm에서 1.5mm의 두께를 가지는 석영 유리로 형성된 둥근 원통형 방전관(3)을 가진다. 상기 방전관(3)은 대략 40mm의 외부 직경을 가진다. 방전관(3)의 내부는 15kPa의 압력의 크세논으로 충진된다.

금속 와이어로 이루어진 연장된 나선형의 내부 전극(4)이 방전관(3)의 내부 중심에 배치된다. 금속 와이어와 나사선의 직경은 각각 1mm 및 8mm이다. 피치(h), 즉 나사선이 한번의 완전한 선회를 하는 거리는 12mm이다. 12cm 길이의 플래티늄 스트립의 형태인 여섯개의 외부 전극(5a-5f;외부 전극 5d-5f는 도면에서 보이지 않음)은 등거리이며 나사선의 세로축에 평행하도록 방전관(3)의 외부벽에 고정된다.

램프가 동작하는 동안의 전극의 동작 모드에 관한 자세한 설명은 이미 인용한 WO-A-98/11596, 특히 도 5a 내지 5c와 연관된 설명에서 상세하게 기술되어 있으며, 본 명세서에서 상호 참조된다.

방전관(3)은 제 1 단부에서 돔형으로 밀봉되며 돔의 중간에서 팁(6)을 가지며 나선형 전극(4)의 제 1 단부에서 고정된다. 방전관(3)은 팁(6)의 반대쪽인 스템 영역에서 가늘어지며 핀치 실(pinch seal; 7)로 결합된다. 몰리브덴으로 형성된 실링 호일(8)에 의해, 핀치 실(7)은 나선형 전극(4)과 외부 공급선(9) 사이의 기밀(gastight) 접속을 보장한다. 실 근처의 방전관(3)의 가는(tapering) 단부에서, 외부 전극(5a-5f)은 니켈로 이루어진 와이어 링(11)에 의해 서로 차례로 그 일부가 접속된 외부 공급선(10a-10f;도면에서는 보이지 않음)에 각각 접속된다. 최종적으로 와이어 링(11)은 외부를 향하는 외부 공급선(12)에 접속된다. 따라서, 상기 외부 공급선(12)은 모든 외부 전극(5a-5f)에 대해 공통 공급선의 역할을 한다. 와이어 링(11)의 직경은 방전관(3)의 직경과 대략적으로 일치한다.

베이스(2;단면으로 도시됨)는 회전에 대해 대칭인 베이스 쉘(13) 및 세라믹 시멘트로 이루어진 캐스팅 화합물(14)을 포함한다. 베이스 쉘(13)은 램프와 떨어진 단부에서 플랜지-타입부(16)로 결합하는 관형부(15)를 가진다. 핀치 실(7)의 전체 길이의 일부를 따라, 캐스팅 화합물(14)은 베이스 쉘(13)과 핀치 실(7)의 상기 부분 사이의 공간을 채운다. 베이스 쉘(13)은 캐스팅 화합물(14)에 의해 램프(1)의 핀치 실(7)상에 또는 스템상에 상기 방식으로 고정된다. 베이스 쉘(13)은 또한 나선형 전극(4) 및 외부 전극(5a-5f)이 추가적으로 연장되는 방전관(3)의 핀치 실에 근접한 하위영역을 덮는다.

플랜지 타입부(16)는 UV 조사를 위해 처리 챔버에서의 접속 역할을 한다. 만일 캐스팅 화합물(14)이 적당히 낮은 증기 압력을 가지는 적당한 재료로부터 선택된다면, 에미터는 또한 배출 장치에서의 동작에 적당하다.

풀업 베이스 쉘의 기능은 주로 공급선을 보호 또는 공급선과 외부 전극의 접촉을 보호하는 것이다. 이는 외부 전극의 공급선이 방전관의 가는 부분을 지탱할 수 없으며 따라서 크라운(crown) 방식으로 스템 주변에 동심으로 배치되기 때문에 필요하다. 이 후 풀업 베이스 쉘은 외부 전극의 공급선이 바람직하지 않은 터치에 의해 스템에 가까이 접근하거나 심지어 접촉하게 되는 것을 방지한다. 한편, 엄밀히 말하면, 이러한 접촉 지점과 내부 전극사이에 에미터의 UV 방사의 총 효율을 감소시키는 높은 전류 밀도를 가지는 밝기가 제한된 방전 채널이 형성된다.

방전관(3)과 베이스 쉘(13)의 기하학적인 크기는 대략 3mm의 폭을 가지는 고리형 갭(17)이 방전관(3)의 외부벽과 이에 대향하는 베이스 쉘(13)의 내부벽 사이에서 형성되도록 서로에 대해 조정된다. 이를 위해, 베이스 쉘(13)의 내부벽은 방전관의 영역에서 대략 11mm의 길이(L)를 따라 44mm의 내부 직경을 가지는 원통형 침하부(depression)를 가진다. 대조적으로, 스템의 가는 영역에서 나머지 베이스 쉘(13)의 내부 직경은 단지 42mm이다.

도시되지 않은 선택적인 실시예에서, 와이어 링(11)은 예를 들어 스테인레스 스틸로 이루어진 시트-금속 디스크(파티션)로 설계된다. 파티션은 램프의 핀치 실의 주변부의 형태에 적합한 컷아우트를 가진다. 결과적으로 시트-금속 디스크는 핀치 실에 대해 기하학적으로 정확하게 밀려질 수 있다. 시트-금속 디스크는 이 경우에 핀치 실 영역, 즉 실제 방전관과 적당하게 떨어진 부분에 배치되며, 이는 어떠한 기생(parasitic) 가스 방전도 램프의 효율성을 저하시킬 수 없도록 한다. 시트-금속 디스크는 한편으로 외부 전극과 공급선 사이의 전기 접촉을 형성하기 위해 상술한 와이어 링과 동일한 기능을 가진다. 그러나, 다른 한편으로는 시트-금속 디스크는 가스 방전에 의해 형성된 UV 방사에 대해 베이스 시멘트를 보호하는 역할을 한다. 이를 위해, 외부 직경은 전체 캐스팅 화합물이 핀치 실과 베이스 쉘 사이에서 덮히도록 매우 크게 선택된다. 램프를 제작하는 동안 처음의 소프트 캐스팅 화합물은 핀치 실이 시트-금속 디스크를 지나 방전관으로 신장하지 않으면서 베이스 쉘과 핀치 실의 사이에서 충진될 수 있는 부가적인 장점을 가진다.

여러 실시예(미도시)에서, 방전관은 UV/VUV 방사를 광(가시 전자기 방사선)으로 변환시키는 형광층을 가진다.

다른 실시예(미도시)에서, 베이스의 외부로 향하는 공급선은 램프를 동작시키는데 필요한 전압 펄스를 인가하는 안정기(ballast)의 단자에 접속된다. 상기 목적에 적당한 회로 장치는 예를 들면 EP-A-0 781 078에 개시되어 있으며, 이는 본 명세서에서 상호 참조된다.

Claims (16)

1. - 이온화가능 충진재를 둘러싼 벽을 가지는 방전관(3),

   - 전극의 적어도 하나(4)(내부 전극)는 상기 방전관(3)의 내부에 배치되며, 전극의 적어도 하나(5a-5f)(외부 전극)는 상기 방전관(3)의 외부벽에 배치되는 전극(4;5a-5f),

   - 상기 전극(4;5a-5f)에 전력을 공급하며, 상기 방전관(3)의 외부에 위치하는 적어도 하나의 외부 공급선(9;10a-10f;12), 및

   - 상기 적어도 하나의 내부 전극(4)을 상기 적어도 하나의 외부 공급선(9)에 기밀한 방식으로 접속시키는 스템(7)을 포함하는, 베이스(2)를 구비하는 방전 램프(1)로서,

   상기 램프(1)는 상기 베이스(2)가 상기 스템(7)에 고정되는 것을 보조하는 고정 수단(14)을 포함하며, 그리고

   상기 방전관(3)의 외부벽과 상기 베이스(2) 사이에, 상기 외부 공급선(10a-10f)이 위치하는 스페이싱이 제공되는 것을 특징으로 하는 베이스를 구비하는 방전 램프.
2. 제 1항에 있어서, 상기 스페이싱은 적어도 1mm인 것을 특징으로 하는 베이스를 구비하는 방전 램프.
3. 제 1항에 있어서, 상기 고정 수단은 캐스팅 화합물(14)인 것을 특징으로 하는 베이스를 구비하는 방전 램프.
4. 제 3항에 있어서, 상기 캐스팅 화합물(14)은 상기 스템(7)의 하위영역(subregion)만을 덮는 것을 특징으로 하는 베이스를 구비하는 방전 램프.
5. 제 3항 또는 제 4항에 있어서, 상기 캐스팅 화합물(14)은 세라믹 시멘트, 에폭시 합성 수지 또는 Sauereisen 시멘트중 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 베이스를 구비하는 방전 램프.
6. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 스템은 핀치 실(7)로서 설계되는 것을 특징으로 하는 베이스를 구비하는 방전 램프.
7. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 이온화가능 충진재는 엑시머를 생성하는 크세논 및/또는 할로겐 또는 플로오르화물 등과 같은 불활성 가스를 포함하는 것을 특징으로 하는 베이스를 구비하는 방전 램프.
8. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 외부 전극(5a-5f)의 외 부 공급선(10a-10f)은 상기 방전 램프의 세로축을 감싸는 도전체(11)에 접속되는 것을 특징으로 하는 베이스를 구비하는 방전 램프.
9. 제 8항에 있어서, 상기 도전체는 상기 방전 램프의 세로축에 동심으로 배치된 금속 링(11)으로서 설계되는 것을 특징으로 하는 베이스를 구비하는 방전 램프.
10. 제 9항에 있어서, 상기 금속 링(11)의 직경은 상기 외부 전극(5a-5f)과 상기 적어도 하나의 내부 전극(4) 사이 스페이싱의 적어도 두 배인 것을 특징으로 하는 베이스를 구비하는 방전 램프.
11. 제 8항에 있어서, 상기 도전체는 상기 스템을 홀딩하는 컷아우트를 가지는 금속 디스크로서 설계되는 것을 특징으로 하는 베이스를 구비하는 방전 램프.
12. 제 11항에 있어서, 상기 금속 디스크의 외부 직경은 상기 금속 디스크가 상기 스템 및 상기 베이스 사이의 상기 고정 수단을 완전히 덮기에 충분히 크게 선택되는 것을 특징으로 하는 베이스를 구비하는 방전 램프.
13. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 베이스(2)는 상기 램프로부터 떨어진 단부에서 플랜지(16)에 결합되는 것을 특징으로 하는 베이스를 구비하는 방전 램프.
14. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 램프는 형광층을 가지는 것을 특징으로 하는 베이스를 구비하는 방전 램프.
15. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항의 베이스를 구비하는 방전 램프 및 상기 램프를 동작시키는 회로 장치를 포함하는 시스템.
16. 제 15항에 있어서, 상기 회로 장치는 상기 방전 램프로 펄스형 액티브 전력 주입의 시퀀스를 위해 설계되며, 상기 개별 액티브 전력 주입은 대드 타임에 의해 서로 분리되는 것을 특징으로 하는 시스템.