KR100456301B1 - 방전램프점등장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 유전체 장벽 방전 램프를 효율좋게 방전시킬 수 있는 방전램프 점등장치에 관한 것으로, 유전체로 이루어지는 밸브(3) 내부에 적어도 1종류 이상의 희가스를 소정량 밀폐하고, 적어도 하나의 전극과 가스 사이에 유전체 장벽이 배치되고, 이 유전체 장벽을 통하여 밸브 내에 방전을 일으키는 (a)(b)에 도시하는 외부 전극식 방전램프(1), 혹은 (c)에 도시하는 유전체 배리어 방전 엑시머 램프(10)등에 점등회로(5)로부터 반복파형을 가지는 1kV∼10kV의 램프전압을 인가하여 점등시킨다. 그때, 상기 반복파형에 있어서의 주된 에너지 공급기간이 되는 파형의 상승 또는 하강시간을 0.03㎲ 이상, 9㎲ 이하로 한다. 또, 상기 에너지를 공급하는 파형간의 최장 간격을 3.4μs 이상으로 한다.

Description

방전램프 점등장치

본 발명은 유전체(誘電)로 이루어지는 밸브 내부에 적어도 1종류 이상의 희(希)가스를 소정량 봉입 밀폐하고, 유전체 장벽을 통하여 밸브 내에 방전을 일으켜 방전램프를 점등시키는 방전램프 점등장치에 관한 것이다.

유전체 물질로 구성된 방전용기에 희가스를 주체로 한 방전용 가스를 봉입한 방전램프에 있어서, 유전체 장벽을 통하여 고주파전압을 인가하면, 용기 내에 엑시머 발광이 발생하는 것이 알려져 있다.

그리고, 필요한 광을 선택하는 데에 방전용기 내부에 형광체를 도포하지 않은 것도 있다. 형광체를 도포하지 않는 것은 방전용기의 적어도 일부로부터 유전체 물질을 통하여 자외선을 방사하는 유전체 배리어 방전램프로서 시판되고, 자외선 세정이나 자외선에 의한 유기재료의 개량 등에 사용되고 있다.

한편, 형광체를 방전용기 내면에 도포한 것으로서는 외부전극식 형광 방전램프가 알려져 있고, 사무자동화기구(OA)의 원고판독용이나 액정 디스플레이의 백라이트용 등에 사용되는 것이 시판되고 있다.

종래, 상술한 유전체 장벽 방전램프(이하, 필요에 따라 방전램프로 약기한다)는 그 전극에 연속적 고주파 전압이나 펄스적 고주파 전압을 인가하는 조건으로 점등하고 있었다.

그러나, 상기 점등조건에서는 고효율의 방전이 얻어지지 않는 점에서, 본 발명자 등이 각종 실험을 행하여 검사한 결과, 상승이 갑자기 높게, 반복주기(t)에 대해 폭이 소정치 이하의 최대 피크파형을 가지는 반복 전압파형을 인가하여 방전램프를 점등시킴으로써, 고효율이고 안정된 방전을 유지할 수 있는 것이 분명해졌다.

그래서, 본 발명자들은 앞서 제안한 일본국 특원평 8-4499호(W097/26779)에 있어서, 방전램프에 인가하는 전압의 반치폭(半値幅)을 규정하고, 그 반치폭에 연관되어 전압파형의 급격한 상승이 해당 방전램프에는 효과적인 것을 나타냈다.

즉, 도 9에 도시하는 바와 같이, 스위칭 소자(8)를 구동회로(7)에 의해 스위칭 하고, 트랜스(9)를 통하여 방전램프(1)에 전압을 인가할 때, 동 도면의 A에 도시하는 바와 같이, 상기 1주기 내의 전압의 최대피크를 가지는 파형이 전압 O(V)과 교차하는 위치로부터 최대 피크치(동 도면에 있어서 H)의 절반의 전압치(동 도면에 있어서 H／2)를 취하는 2점(a, b)의 폭을 반치폭(W)으로 정의하였을 때, 이 반치폭(W)이 소정치 이내의 반복 전압파형을 방전램프(1)에 인가함으로서, 안정된 방전을 유지할 수 있고, 조도를 높일 수 있었다.

상기 반치폭이 작은 것은 즉 전압의 갑자기 높게 한 상승을 의미하고 있고, 반치폭이 작아짐에 따라 조도가 상승하였다. 또, 종래의 푸시풀 점등방식과 비교하여 상기와 같이 플라이백 점등방식으로 소정의 반치폭을 규정하는 편이 조도가 높았다.

상기한 바와 같이, 반치폭을 작게함으로써 종래의 푸시풀 점등방식 등과 비교해 조도를 높게 하는 것이 가능하지만, 최근 더욱 방전램프를 효율좋게 점등시키는 것이 요망되게 되었다.

본 발명은 상기 사정을 감안하여 이루어진 것으로서, 그 목적으로 하는 바는 종래 사용되고 있지 않았던 전압파형의 램프전압을 인가함으로써, 유전체 장벽 방전램프를 효율좋게 방전시킬 수 있는 방전램프 점등장치를 제공하는 것이다.

도1은 본 발명의 실시예에서 사용한 방전램프의 구성을 도시하는 도면,

도2는 방전램프에 인가되는 전압파형과 램프전류를 나타내는 도면,

도3은 램프에서 인가전압과 엑시머 발광의 관계를 설명하는 도면,

도4는 본 발명에 있어서의 상승시간, 하강시간을 설명하는 도면,

도5는 본 실시예에서 사용한 점등회로의 개략구성을 도시하는 도면,

도6은 상승시간, 하강시간과 조도효율의 관계를 도시하는 도면,

도7은 조도효율과, 상승, 하강파형의 간격과의 관계를 도시하는 도면,

도8은 본 발명의 적용대상이 되는 기타 방전램프의 구성을 도시하는 도면,

도9는 방전램프 점등회로의 구성과 방전램프 인가전압의 반치폭을 도시하는 도면이다.

이상의 점에 착안하여 본 발명은 다음과 같이 방전램프를 점등시킴으로써 상기 과제를 해결한다.

(1) 유전체로 이루어지는 밸브 내부에 적어도 1종류 이상의 희가스를 소정량밀폐하고, 적어도 하나의 전극과 가스 사이에 유전체 장벽이 배치되고, 이 유전체장벽을 통하여 밸브 내에 방전을 일으키는 방전램프를 반복파형을 가지는 1kV∼ 10kV의 램프 전압으로 점등시키는 방전램프 점등장치에 있어서, 상기 반복파형에 있어서의 주된 에너지 공급기간이 되는 파형의 상승 또는 하강시간을 0.03㎲ 이상, 9㎲ 이하로 한다.

(2) 유전체로 이루어지는 밸브 내부에 적어도 1종류 이상의 희가스를 소정량 밀폐하고, 상기 밸브 외면의 관축방향을 따라 전극을 적어도 2개 이상 배설하고, 상기 밸브 내부에 형광물질을 도포한 외부전극식 방전램프를, 반복파형을 가지는 1kV∼10kV의 램프전압으로 점등시키는 방전램프 점등장치에 있어서, 상기 반복파형에 있어서의 주된 에너지 공급기간이 되는 파형의 상승 또는 하강시간을 0.03㎲ 이상, 9㎲ 이하로 한다.

(3) 상기 (1) (2)에 있어서, 반복파형의 1주기 내, 혹은 서로 이웃하는 주기 에 있어서, 상기 에너지를 공급하는 파형간의 최장 간격을 3.4㎲ 이상으로 한다.

(4) 상기 (2)에 있어서, 상기 에너지를 공급하는 파형 간격의 상한을 8㎳로 한다.

(5) 상기 (1) (2)에 있어서, 밸브에 봉입되는 희가스 압력을 80∼760Torr로 한다.

(6) 상기 (1)∼(5)에 있어서, 램프전압(E)과, 희가스 봉입압력(P)과 방전공간거리(x)의 곱과의 비 {E/(x·P)}을, 0.914≤E/(x·P)≤312.5(V/cm·Torr)로 한 방전램프를 점등시킨다.

상기한 바와 같이, 선 출원에서 본 발명자 등은 반치폭을 작게 하는 것, 즉 램프 인가전압을 갑자기 높게 상승시킴으로써 조도를 상승시킬 수 있는 것을 나타냈다.

그 후, 본 발명자 등이 도 1에 도시하는 유전체 장벽 방전램프에 대해 각종 실험을 행하여 검사한 바, 다음 사항이 명백해졌다.

(1) 유전체 장벽 방전램프에 있어서는 램프 인가전압의 급격한 상승뿐 아니라, 인가된 전압 파형의 급격한 하강도 방전에 효과적인 것을 알았다.

이것은 다음 이유에 의한 것으로 고려된다.

본 발명이 대상으로 하는 램프는 유전체 장벽 방전을 하는 램프인 점에서, 방전가스와 전극은 유전체를 통한 용량결합(콘덴서를 통한 결합)을 하고 있고, 전력은 이 용량결합을 통하여 방전가스에 입력된다.

즉, 외부전극에 급격한 전압변화를 가함으로써, 방전가스에 전력을 입력할 수 있다. 이것은 용량성 임피던스를 나타내는 아래 식에 의해 명백하다. 즉, 상승, 하강의 급격한 파형은 ω가 큰 주파수 성분을 많이 포함하고, ω가 커지는 만큼, 임피던스는 내려가고 전력의 입력은 용이해지기 때문이다.

Z = √{R² + (1/ωC)²}

본 발명의 방전램프에 이용되는 방전가스의 주체는 크세논이고, 급격한 전압 인가 하에 있어서는, 전자는 9eV(크세논의 최저 여기단위)를 넘는 높은 에너지를 가지고 있고, 크세논 원자를 효율좋게 여기할 수 있다. 그리고 급격한 상승 또는 하강에 계속되는 램프전압변화가 적은 기간에서는, 여기원자(勵起原子)는 기저상태의 크세논원자와의 충돌을 통하여 Xe2^**를 생성하고, 즉시 해리(解離)하여 엑시머광을 발생한다.

도2는 방전램프에 인가하는 전압파형과 램프전류를 도시하는 도면이고, 동 도면(a)에 도시하는 바와 같이 전압의 상승, 하강이 급격하게 되지 않는 경우는 램프전류가 피크 형상으로 증가하지 않지만, 동 도면(b)(c)에 도시하는 바와 같이, 전압의 상승 또는 하강이 급격한 경우에는 전압의 상승 또는 하강이 급격한 기간에 램프전류가 피크상으로 증가하고, 이 기간에 방전램프를 점등시키는 데 필요한 주된 에너지가 방전램프에 공급된다. 본 발명에서는 상기 기간을 「반복파형에 있어서의 주된 에너지 공급기간」으로 부르기로 한다.

상기한 바와 같이, 램프 인가전압의 급격한 상승, 하강이 방전에 효과적이지만, 상기 전압의 급격한 상승, 하강이 극히 단시간 동안에 계속하여 발생하면, 램프를 효과적으로 발광시킬 수 없다.

도 3은 램프로의 인가전압과 엑시머 발광의 관계를 설명하는 도면이고, 동 도면에 있어서, 램프전압이 급격히 변화하는 점 A, B, C, D에서 램프전류가 증가하여 방전이 발생하고, 엑시머 발광은 이들 방전 후의 애프터그로우(afterglow)중에서 강하게 발광한다.

방전램프는 상기 애프터그로우 중에서 발광하는 점에서, 엑시머 발광의 출력은 다음 방전까지의 시간에 의존한다.

도3에서는 기간(t1, t4)이 충분히 긴 경우, 방전 A, D의 애프터그로우 중에서 엑시머 광이 얻어진다. 한편, 방전 B에 계속하여, 극단적으로 짧은 시간(t2) 후에 방전(c)이 발생하는 경우, 방전 B에서 생성한 크세논의 여기종(勵起種)은 엑시머를 생성하는 과정에서 생성한 엑시머 모두, 계속되는 방전 C에 의해 파괴된다

또, 방전 C에 계속되는 시간(t3)이 충분히 길면, 방전 C에 의해 발생한 크세논의 여기종으로부터 엑시머가 생성되어, 엑시머 발광이 얻어진다.

즉, 방전이 발생하고 나서 극단시간 후에 다음 방전이 발생하면, 다음 방전에 의해 생성된 엑시머는 파괴된다. 따라서, 방전램프를 고효율적으로 발광시키기 위해서는, 방전의 시간간격, 즉 방전램프를 발광시키기 위해 필요한 에너지를 공급하는 파형의 간격을 소정치 이상으로 할 필요가 있다. 상기 램프 인가전압의 급격한 상승, 하강 간격, 즉, 방전램프를 방전시키기 위해 필요한 에너지를 공급하는 파형의 간격은 실험을 행한 결과, 후술하는 바와 같이 3.4μs 이상 필요한 것이 분명해졌다.

또한, 현재 사용하고 있는 형광체(RGB)의 80% 잔광(殘光)시간은 B(블루)가 약 1μs 이하, G(그린)가 약 8ms이하, R(레드)이 약 2ms 이하이다.

따라서, 형광체를 방전용기 내면에 도포한 외부전극식 형광방전램프에 있어서, 복사기 등에 많이 이용되고 있는 G(그린)광을 연속적으로 발광시키기 위해서는, 상기 방전램프를 발광시키기 위해 필요한 에너지를 공급하는 파형의 간격을 8ms 이하로 설정할 필요가 있다.

(2) 상기한 바와 같이, 소정 이상의 시간간격을 두고, 상승, 하강의 급격한 전압파형을 방전램프에 인가함으로써, 방전램프를 고효율로 발광시킬 수 있지만, 각종 실험을 행하여 검사한 결과, 상기 상승시간, 하강시간이 너무 길거나 혹은 너무 짧으면 방전램프를 고효율로 발광시킬 수 없는 것이 분명해졌다.

여기서, 본 발명에 있어서의 「상승시간」,「하강시간」을 다음과 같이 정의한다.

① 상승시간

도4(a)(b)에 도시하는 전압파형에 있어서, 전압이 0%로부터 약 100%의 전압에 이르기까지의 시간 a를 상승시간으로 정의한다. 또한, 도4(c)(d)에 도시하는 바와 같이 전압파형의 부극성(負極性)인 경우에는 전압이 0%로부터 약 -100%의 부전압(負電壓)에 이르는 시간 a를 마찬가지로 상승시간으로 정의한다.

② 하강시간

도4(a)(b)에 도시하는 전압파형에 있어서, 전압이 약 100%부터 0%의 전압이 될 때까지의 시간 b를 하강시간으로 정의한다. 또한, 도4(c)(d)에 도시하는 바와 같이 전압 파형이 부극성인 경우에는 전압이 약 -100%의 부전압으로부터 0%의 전압이 될 때까지의 시간 b를 마찬가지로 하강시간으로 정의한다.

상승시간이 너무 길면 방전램프를 고효율로 발광할 수 없는 이유는 다음에 의한 것으로 고려된다.

즉, 램프 내의 전자에너지가 피크를 가지고, 상승이 빠른 단계에서는 전자가 전계에 의해 가속되기 때문에, 전자 에너지는 크세논원자 등과 충돌하면서 증가하고, 엑시머의 생성도 증가한다. 이 때문에, 진공 자외발광의 발광효율이 증가한다.

그러나 전자에너지의 피크를 넘어서도 전압이 계속하여 상승하면, 도중에 가속중인 전자와 방전에 의해 생성된 이온과의 충돌, 재결합의 빈도가 증가하고, 전자에너지는 억제되며, 또 생성된 엑시머를 이온이나 전자가 파괴됨으로써 자외선의 발광효율이 저하한다.

상기 상승, 하강시간의 상한은 실험을 행한 결과, 후술하는 바와 같이 9μs정도인 것이 분명해졌다.

다음에, 상기 상승, 하강시간의 하한에 대해 조사한 바, 후술하는 바와 같이 관 직경 8mm의 램프에 있어서 램프의 상승시간이 0.03μs의 조건에서 램프의 관 단부가 미방전이 되는 현상이 보였다.

이에 대해 명확히 해명되어 있지는 않지만, 다음과 같은 것으로 생각된다.

즉, 관 단부 부근의 전압은 불균일하고, 중앙부근으로부터 전계강도는 약하다. 이 때문에, 상승이 빠른 전압의 경우는 방전을 유지하는 것으로 충분할 뿐이고 전자를 충분히 가속할(전자에너지를 높게 하는 것과 동일) 수 없는 경우가 나온다. 일단, 미방전이 되면 이 부근에는 램프전압이 더해지는 것만으로 방전 개시전압에 이르지 않기 때문에 미방전부분이 원래로 돌아가는 일은 없다.

같은 램프에서 램프전압의 상승시간 0.1μs의 조건에서는 상기 현상이 보이지 않았던 점에서, 상승시간은 0.03μs 이상이 바람직하다고 말할 수 있다.

도1은 본 발명의 실시예에서 사용한 방전램프의 구성을 도시하는 도면이다. 동 도면에 있어서, 동 도면(a)는 외부전극식 형광방전램프의 관축방향에 수직한 방향의 단면도를 도시하고, (b)는 그 측면도를 도시하고 있다. 또, 동 도면(c)는 중공 원통형 유전체 배리어 방전 엑시머 램프의 구성도이다.

외부전극식 형광 방전램프(1)는 동 도면(a)(b)에 도시하는 바와 같이, 내부에 크세논을 주성분으로 하는 희가스가 봉입된 유리 등의 유전체로 이루어지는 방전용기(밸브)(3)와, 그 관축방향의 측면에 거의 전체 길이에 걸쳐 배설된 알루미늄 등의 재질로 이루어지는 한 쌍의 띠형상 혹은 선형상의 전극(2,2’)과, 방전용기(3)의 내면에 형성된 형광물질층(4)으로 구성되어 있다.

그리고, 외부전극식 형광방전램프(1)의 한 쌍의 전극(2,2’)에 점등회로(5)를 접속하고, 전극(2,2’)에 반복파형을 가지는 램프전압을 인가한다. 이로써, 외부전극(2,2')의 사이에 놓인 방전용기(3)의 내부의 방전공간에 방전용기(3)의 측면을 통하여 전압이 인가되고 방전이 발생하여 램프가 발광한다.

한편, 중공 원통형 유전체 배리어 방전 엑시머 램프(10)는 동 도면(c)에 도시하는 바와 같이, 내부에 크세논을 주성분으로 하는 희가스가 봉입된 석영유리로 구성되는 중공원통형 방전용기(밸브)(11)와, 방전용기(11)의 외주에 장착된 금속망 전극(12)과, 중공원통의 내측에 장착된 금속전극(13)으로 구성되어 있다.

그리고, 상기 램프(10)의 금속망 전극(12)과 금속전극(13)에 점등회로(5)를 접속하고, 금속망 전극(12)과 금속전극(13)에 상기와 동일한 반복파형을 가지는 램프전압을 인가한다. 이로써, 외부전극(2,2’)의 사이에 놓인 방전용기(3)의 내부의 방전공간에 방전용기(3)의 측면을 통하여 전압이 인가되어 방전이 발생하고 램프가 발광한다.

상기 방전램프(1,10)에 점등회로(5)로부터 인가하는 전압은 상기한 바와 같이, 주된 에너지 공급기간이 되는 파형의 상승 또는 하강시간이 0.03㎲ 이상, 9㎲ 이하로서, 또 상기 파형의 간격 중, 최장 간격이 3.4㎲ 이상의 반복 파형전압이다. 상기 반복 전압파형의 전압을 인가함으로써, 외부전극식 형광 방전램프(1), 중공원통형 유전체 배리어 방전 엑시머 램프(10)를 고효율로 발광시킬 수 있다.

또, 도1(a)(b)에 도시한 외부전극식 형광방전램프(1)에 있어서, 연속적으로 G(그린)를 발광시킬 경우에는, 상기한 바와 같이, 상기 주된 에너지 공급기간이 되는 파형의 간격의 상한을 8ms로 설정한다.

도5는 본 실시예에서 사용한 점등회로의 개략구성을 도시하는 도면이다. 동 도면은 조건을 바꾸어 방전램프를 점등시키기 위해, 인가하는 전압의 파형을 조작 가능하게 한 점등회로의 예를 도시하고 있다.

동 도면에 있어서, 21은 퍼스널 컴퓨터 등으로 구성되는 파형 작성기, 22는 입출력부, 23은 메모리이고, 파형 작성기(21)에 의해 방전램프에 인가하는 파형을 작성하고, 입출력부(22)를 통하여 메모리(23)에 격납(格納)한다.

메모리(23)에 격납된 파형 데이터는 클록펄스발생기(24)가 출력하는 소정 주파수의 클록펄스에 동기하여 판독되고, 드라이버(25)에 부여된다.

복수의 변성기로 구성되는 파형 합성용 변성기군(26)에는 직류전원(27)으로부터 직류가 공급되고 있고, 파형 합성용 변성기군(26)은 드라이버(25)의 출력에 따라 상기 파형 작성기(21)에 의해 작성된 파형을 가지는 반복파형의 전압을 발생한다. 상기 전압은 필터(28)를 통하여 방전램프(1)에 인가된다.

또한, 도 5에서는 인가하는 전압의 파형을 조작 가능하게 한 점등회로의 예를 도시하였지만, 점등회로로서는 기타의 주지 회로를 이용할 수 있으며, 예를 들면 상기 도 9에 도시한 플라이백 방식의 점등회로를 이용해도 좋다.

도 9에 도시한 점등회로를 이용할 경우에는, 상기 도 9에 있어서의 트랜스(9)의 인덕턴스, 구동전원의 전압, 구동신호의 펄스간격 등을 적당히 선정함으로써, 반복파형에 있어서의 상승시간, 하강시간, 파형의 간격 등을 원하는 값으로 설정할 수 있다.

본 실시예에 있어서는, 도 5에 도시한 점등회로, 및 도9에 도시한 플라이백 방식의 점등회로를 이용하고, 방전램프에 인가하는 전압파형을 변화시켜서, 전압의 상승시간, 하강시간과 조도효율[조도/램프전력(1x/W)]과의 관계, 방전램프에 인가하는 전압파형의 간격과 조도효율[조도/램프전력(1x/W)]과의 관계를 조사하였다.

그때의 실험조건은 다음과 같다.

① 점등조건

램프전압 : -3kVo- p

점등주파수 : 10kHz 고정

파형폭 : 30㎲(파형의 O(V)와의 교차폭)

② 실험에 사용한 램프의 사양

관직경 : 한 쌍의 외부전극을 구비한 ø8.0mm의 방전램프

램프길이 : 360mm

봉입가스 : 크세논(Xe)를 주성분으로 한 희가스

봉입압력 : 120Torr

상승시간, 하강시간의 상한치를 구하는 데에는 다음과 같은 시험을 행하였다.

도 5에 도시한 점등회로를 이용하고, 파형 조작기(21)를 조작하여 상기 도 2에 도시한 삼각파형상의 전압파형을 생성하고, 상기 전압파형을 방전램프(1)에 인가하여 방전램프(1)를 점등시켰다. 그리고, 그 때의 조도와 방전램프(1)에 입력되는 램프 전력을 측정하였다.

이상의 측정을 파형의 상승/하강의 경사를 변화시켜서, 파형의 상승시간, 하강시간을 바꾸어 행하고, 상승시간, 하강시간과 조도효율과의 관계를 구하였다.

도 6은 상기와 같이 하여 얻은, 상승시간, 하강시간과 조도효율의 관계를 도시하는 도면이고, 동 도면(a)는 상승시간과 조도효율의 관계를 나타내고, (b)는 하강시간과 조도효율과의 관계를 나타내고 있다.

동 도면에서 알 수 있듯이, 상승시간, 하강시간 모두 9㎲를 넘으면 조도효율이 저하하였다. 이 점에서, 방전램프에 인가하는 상승시간, 하강시간의 상한은 9㎲인 것을 알았다.

또, 상승시간, 하강시간의 하한치를 구하기 위해, 다음과 같이 실험을 행하였다.

도 5에 도시하는 점등회로에서는 빠른 펄스의 상승을 실현할 수 없으므로, 상기 도 9에 도시한 플라이백 방식의 점등회로를 이용하고, 트랜스(9)의 2차 측의 권선의 스트레이 용량(부유용량)을 감소시켜서 급격한 상승펄스를 얻고, 이것을 방전램프에 인가하여 상기 하한치를 구하였다.

그 결과, 상승시간이 0.03㎲를 넘으면, 방전램프의 관단부가 어두워졌다. 이점에서 방전램프에 인가하는 상승시간, 하강시간의 하한은 0.03㎲인 것을 알았다.

다음에, 상기 실험조건에서 도 5의 점등회로를 이용하여 상기 상승파형, 하강파형의 간격과 조도와의 관계를 다음과 같이 하여 조사하였다.

도 5에 도시하는 점등회로의 파형 조작기(21)에 의해 직사각형 파형을 작성하여 방전램프(1)에 인가하고, 방전램프(1)를 점등시켜서 조도와 램프전압을 측정하였다. 그리고, 상기 파형간의 간격만을 변화시켜서 파형간의 간격과 조도와의 관계를 조사하였다.

도7은 상기와 같이 하여 얻은 조도효율과, 상승, 하강파형의 간격과의 관계를 도시하는 도면이다. 또한, 동 도면은 상승, 하강의 빠르기를 거의 일정하게 하여 1.6㎲의 폭(O(V)와의 교차폭)의 전압을 인가하고, 그 간격을 변화시켰을때의 결과를 도시하고 있다.

동 도면에서 명백한 것처럼, 상기 파형간의 간격이 3.4㎲ 이하가 되면, 조도효율이 저하한다. 이 점에서 상기 파형간의 간격의 하한치는 3.4㎲인 것을 알았다.

상기 실험에서는 봉입압력이 120Torr의 방전램프를 사용하였지만, 방전램프로의 희가스의 봉입압력은 80Torr∼760Torr의 범위에서 임의로 선정할 수 있다.

즉, 상기한 일본국 특원평 8-4499호에 개시한 바와 같이, 종래의 정현파 고주파 전압을 이용하여 점등시킬 경우에는 크세논(Xe)가스분압이 100Torr 이상이 되면, 휘도 변동율이 급격하게 커지지만, 본 발명과 같이 유전체 장벽 방전램프에 급격한 상승, 하강을 가지는 전압을 인가하여 점등시킬 경우에는 Xe분압을 올려도 휘도 변동율은 변하지 않고, 본 발명에 의해 밸브에 봉입된 희가스 압력을 80Torr 이상으로서도 안정되게 점등상태를 유지할 수 있다.

또, 방전램프로의 희가스의 봉입압력을 760Torr 이상으로 하면, 방전램프의 시일이 어려워지는 점에서, 봉입가스압의 상한치는 760Torr 이하로 하는 것이 바람직하다.

또, 이상의 실험에서는 램프에의 인가전압을 -3kVo- p로 하였지만, 램프로의 인가전압으로서는 통상 1000V∼10000V의 범위 내의 전압이 사용되고 있고, 이 범위 내의 임의의 전압을 사용해도 동등한 효과가 얻어지는 것으로 생각된다.

이상과 같이, 본 발명에 있어서는 봉입가스압이 80Torr∼760Torr로서, 인가전압이 1000V∼10000V의 범위의 방전램프를 사용할 수 있다.

따라서, ø15mm, 방전용기의 두께 0.3mm의 방전거리가 긴 램프(방전공간거리 14.4mm)에 램프전압의 최소치 1000V를 인가하기로 하고, 봉입가스압을 760Torr로 선정한 경우, E/xP치는 다음과 같이 된다. E/xP=1000/(1.44×760)=0.914

또, ø6mm, 방전용기의 두께 1.0mm의 방전거리가 짧은 램프(방전공간거리 4mm)에 램프전압의 최대치 10000V를 인가하기로 하고, 봉입가스압을 80Torr로 선정한 경우, E/xP치는 다음과 같이 된다.

E/xP=10000/(0.4×80)=321.5

이상의 실험은 도 1(a)(b)에 도시한 외부전극식 형광방전램프(1)에 대해 행하였지만, 도 1(c)에 도시한 중공원통형 유전체 배리어 방전 엑시머 램프(10)에 대해서도 같은 점등조건에서 동등한 효과가 얻어지는 것으로 생각된다.

또, 상기 설명에서는 도1(a)∼(c)에 도시한 외부전극식 형광방전램프, 중공원통형 유전체 배리어 방전 엑시머 램프의 점등조건에 대해 설명하였지만, 본 발명의 적용대상은 상기 방전램프로 한정되는 것은 아니고, 예를 들면 도 8(a)∼(c)에 도시하는 방전램프에도 적용할 수 있다.

즉, 도 8(a)에 도시하는 바와 같이, 유리 등으로 구성되는 방전용기(31) 내에 고압측의 전극이 되는 금속봉(32)을 배설하고, 방전용기의 외주에 저압측 전극(33)을 설치한 방전램프나 동 도면(b)에 도시하는 바와 같이, 유리, 세라믹으로 구성되는 2매의 판상 유전체(41)와 테두리체(42)로 구성되는 방전용기의 양면에 외부전극(44)을 설치한 방전램프나 또한 동 도면(c)에 도시하는 바와 같이, 유리 등으로 형성되고 내면에 형광체가 도포된 반구형상의 방전용기(51) 내에 고압측 전극이 되는 금속봉(52)을 배설하고, 상기 방전용기(51)의 외측에 저압전극이 되는 외부전극(53)을 배설한 방전램프 등에도 마찬가지로 적용할 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 있어서는 이하의 효과를 얻을 수 있다.

(1) 유전체로 이루어지는 밸브 내부에 적어도 1종류 이상의 희가스를 소정량 밀폐하고, 적어도 하나의 전극과 가스 사이에 유전체 장벽이 배치되고, 이 유전체 장벽을 통하여 밸브 내에 방전을 일으키는 방전램프가 반복파형을 가지는 1kV∼10kV의 램프전압에서 점등될 때에, 상기 반복파형에 있어서의 주된 에너지 공급기간이 되는 파형의 상승 또는 하강시간을 0.03㎲ 이상, 9㎲ 이하로 하였으므로, 방전램프를 효율좋게 점등시킬 수 있다.

(2) 유전체로 이루어지는 밸브 내부에 적어도 1종류 이상의 희가스를 소정량 밀폐하고, 상기 밸브 외면의 관축방향을 따라 전극을 적어도 2개 이상 배설하고, 상기 밸브 내부에 형광물질을 도포한 외부전극식 방전램프가, 반복파형을 가지는 1kV∼10kV의 램프전압에서 점등될 때에, 상기 반복파형에 있어서의 주된 에너지 공급기간이 되는 파형의 상승 또는 하강시간을 0.03㎲ 이상, 9㎲ 이하로 하였으므로, 상기 외부전극식 방전램프를 효율좋게 점등시킬 수 있다.

(3) 상기 반복파형의 1주기 내 혹은 인접하는 주기에 있어서, 상기 에너지를 공급하는 파형간의 최장 간격을 3.4㎲ 이상으로 하였으므로, 생성한 크세논의 여기종이 엑시머를 생성하는 과정에서 생성한 엑시머 모두, 이어지는 방전에 의해 파괴되지 않고, 방전램프를 효율좋게 점등시킬 수 있다.

(4) 상기 에너지를 공급하는 파형 간격의 상한을 8ms로 하였으므로, 복사기등에 많이 이용되는 G(그린)를 연속적으로 발광시킬 수 있다.

이상과 같이, 본 발명에 관한 방전램프 점등장치는 사무자동화(OA)기기의 원고판독용이나 액정디스플레이의 백라이트용 등에 이용할 수 있다.

Claims (9)

1. 유전체로 이루어지는 밸브 내부에 적어도 1종류 이상의 희가스를 소정량 밀폐하고, 적어도 하나의 전극과 가스 사이에 유전체 장벽이 배치되고, 이 유전체 장벽을 통하여 밸브 내에 방전을 일으키는 방전램프를, 반복파형을 가지는 1kV∼10kV의 램프전압으로 점등시키는 방전램프 점등장치에 있어서,

   상기 반복파형에 있어서의 주된 에너지 공급기간이 되는 파형의 상승 또는 하강시간이 0.03㎲ 이상, 9㎲ 이하인 것을 특징으로 하는 방전램프 점등장치.
2. 유전체로 이루어지는 밸브 내부에 적어도 1종류 이상의 희가스를 소정량 밀폐하고, 상기 밸브 외면의 관축방향을 따라 전극을 적어도 2개 이상 배설하고, 상기 밸브 내부에 형광물질을 도포한 외부전극식 방전램프를, 반복파형을 가지는 1kV∼10kV의 램프전압으로 점등시키는 방전램프 점등장치에 있어서,

   상기 반복파형에 있어서의 주된 에너지 공급기간이 되는 파형의 상승 또는 하강시간이 0.03㎲ 이상, 9㎲ 이하인 것을 특징으로 하는 방전램프 점등장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 반복파형의 1주기 내 혹은 서로 이웃하는 주기에 있어서, 상기 에너지를 공급하는 파형간의 최장 간격이 3.4㎲ 이상인 것을 특징으로 하는 방전램프 점등장치.
4. 제2항에 있어서, 상기 반복파형의 1주기 내 혹은 서로 이웃하는 주기에 있어서, 상기 에너지를 공급하는 파형간의 최장 간격이 3.4㎲ 이상인 것을 특징으로 하는 방전램프 점등장치.
5. 제2항에 있어서, 상기 에너지를 공급하는 파형의 간격의 상한이 8ms인 것을 특징으로 하는 방전램프 점등장치.
6. 제1항에 있어서, 밸브에 봉입된 희가스 압력이 80∼760Torr 인 것을 특징으로 하는 방전램프 점등장치.
7. 제2항에 있어서, 밸브에 봉입된 희가스 압력이 80∼760Torr 인 것을 특징으로 하는 방전램프 점등장치.
8. 제1항에 있어서, 램프전압(E)과, 희가스 봉입압력(P)과 방전공간거리(x)의 곱과의 비 {E/(x·P)}가 0.914≤E/(x·P)≤312.5(V/cm·Torr)인 방전램프를 점등시키는 것을 특징으로 하는 방전램프 점등장치.
9. 제2항에 있어서, 램프전압(E)과, 희가스 봉입압력(P)과 방전공간거리(x)의 곱과의 비 {E/(x·P)}가 0.914≤E/(x·P)≤312.5(V/cm·Torr)인 방전램프를 점등시키는 것을 특징으로 하는 방전램프 점등장치