KR100457438B1

KR100457438B1 - 무방전형 형광램프

Info

Publication number: KR100457438B1
Application number: KR10-2002-0015144A
Authority: KR
Inventors: 정은수
Original assignee: 정은수
Priority date: 2002-03-20
Filing date: 2002-03-20
Publication date: 2004-11-16
Also published as: KR20030075776A

Abstract

전자방출에 의하지 않고 자외선 또는 적외선으로 형광체를 직접 여기시켜 가시광을 복사하는 무방전형 형광등이 개시되어 있다. 이는 발광을 위한 공간을 가지는 투명한 유리관으로 되는 본체(22)와 이 본체의 공간 내면에 도포된 형광체층(30)과 적외선 또는 자외선을 발생하는 광원(41) 그리고 광원으로부터 발생되는 적외선 또는 자외선을 전송하여 형광체를 조사하여 여기시는 광전달부재(43)를 구비한다. 광전달부재 없이 광원을 본체에 직접 결합시킬수도 있다. 이와같은 무방전형 형광등은 기존 형광방전등에 비해 구조가 간단하여 제조공정이 단순하고 다양한 형태로 제작가능하며, 조도조절이 원활하며, 저전력으로 고휘도로 발광할 수 있다.

Description

무방전형 형광램프{Fluorescent lamp without discharging electrons}

본 발명은 무방전형 형광등에 관한 것으로, 더 상세하게는 전자방출에 의하지 않고 자외선 또는 적외선으로 형광체를 직접 여기시켜 가시광을 발광하도록 한 것이다.

백열전구와 더불어 일반조명에는 물론 광범위한 용도의 광원으로 사용되고 있는 형광방전등이 잘 알려져 있다. 형광방전등은 일반적으로 형광등이라고 불리고 있으나, 열전자방출과 형광체의 여기발광을 이용한 방전관의 일종이다. 이는 유리관의 내벽에 형광물질을 칠하고, 양쪽에 텅스텐의 이중 또는 삼중 전극을 넣고 그 속에 열전자를 방출하는 이미터(emitter)를 충전한다. 이미터는 전자방사를 왕성하게 하기 위하여 바륨 등의 산화물이 사용된다. 유리관 내는 진공으로 한 후, 소량의 수은과 아르곤 가스를 봉입한다. 또 점등을 자동적으로 쉽게 하기 위하여 점등관(glow lamp)을 사용한다. 또 형광방전등은 방전등의 성격상, 방전이 시작되면 관전류(管電流)가 점점 증가하여 전극을 파괴하여 버리므로, 전류를 어느 값 이하로 제한하기 위하여 초크코일 등의 안정기를 사용한다. 점등에 있어서는 먼저 점등관의 바이메탈 전극이 발열하여 쌍전극에 접촉한다. 이때 형광방전등에는 정상의 2배가까운 전류가 흘러 이미터 코일이 예열된다. 예열에 의하여 이미터로부터 열전자가 방출되고, 방전에 의하여 포화증기가 된 수은증기에 작용하여 자외선이 발생된다. 자외선은 관벽의 형광물질에 의해 가시광선으로 복사되는 것이다.

상기한 바와 같은 종래의 형광방전등은 백열전구에 비하여 효율이 좋고, 소비전력은 1/3 정도다. 또 빛이 부드럽고, 열을 거의 수반하지 않는 이점이 있고, 수명도 5~6배(약 3,000시간) 길다. 그러나 형광방전등을 점등하는데 요구되는 정격전압의 허용오차범위는 ±6% 이내로 전압변동에 의한 영향을 크게 받는다. 전압이 높으면 흑화(黑化)가 진행되어 수명이 짧아지는 반면, 전압이 낮으면 아예 점등되지 않는다. 또한 형광방전등은 주위 온도에 의하여 특성이 변하며, 0~40 ℃ 범위 외에서는 점등하기 어렵고 밝기도 저하한다.

또다른 문제점으로는 유리관 내에 전극을 배치하고 진공상태로 소정의 가스를 주입한 봉입하여야 하는 관계로 제조공정이 복잡하고 외관도 크게 변화를 줄 수 없는 설계상 제약이 많았다. 또한 일정 이상의 전압조건에서만 점등되므로 조도조절과 병렬접속이 불가하고 라디오 잡음을 일으키는 문제점을 가지고 있다.

이와같은 형광방전등의 제반 문제점들은 열전자방출을 위한 방전전극(이미터)의 사용에 있다.

따라서 본 발명의 목적은 전자방출없이 형광체를 여기시킬 수 있는 새로운 구조로써 기존 형광방전등의 장점을 그대로 간직하면서도 제조공정의 단순화를 꾀하고 다양한 형태로의 제조와 원할한 조도조절 등이 가능한 무(無)방전형 형광등을제공하려는 것이다.

도 1은 본 발명에 따라 형광체가 도포된 유리관과 자외선 또는 적외선 광원을 광전달부재로 연결하여 실시한 무방전형 형광등의 단면도.

도 2는 본 발명에 따라 형광체가 도포된 유리관에 자외선 또는 적외선 광원을 직접 결합시켜 실시한 무방전형 형광등의 단면도.

도 3은 본 발명에 따라 형광체가 도포된 유리구에 자외선 또는 적외선 광원을 직접 결합시켜 실시한 무방전형 형광등의 단면도.

도 4는 본 발명에 따라 형광체가 도포된 유리관에 자외선 또는 적외선을 전송하면서 표면에서 방사하는 광전달부재를 관통시켜 실시한 무방전형 형광등의 단면도.

도 5는 본 발명에 따라 형광체가 도포된 유리구에 외부로부터 자외선 또는 적외선을 전달받아 전송하면서 표면에서 방사하는 광전달부재를 봉입하여 실시한 무방전형 형광등의 사시도.

도 6은 본 발명에 따라 판상의 투명체에 복수의 발광을 위한 공간을 형성하여 실시한 무방전형 형광등의 부분 절제 사시도.

도 7은 도 6에 실시된 무방전형 형광등의 종단면도.

도 8은 본 발명에 따라 자외선 또는 적외선을 전송하면서 표면에서 방사하는광전달부재에 형광체를 도포하여 유리구에 넣어서 실시한 무방전형 형광등의 단면도.

도 9는 본 발명에서 사용되는 광원을 제어회로의 블록도.

상기 목적을 달성하는 본 발명에 따른 무방전형 형광등은, 발광을 위한 공간을 가지며 가시광이 투과하는 투명체로 된 본체와, 이 본체의 공간 내면에 도포되어 자외선 또는 적외선을 포함하는 파장대의 빛으로 자극받아 가시광을 복사하도록 여기되는 형광체와, 이 형광체를 여기시키는 여기수단을 포함하며, 그 여기수단으로서, 자외선 또는 적외선 영역을 포함하는 파장대의 빛을 발생하는 광원과, 이 광원에서 발생되는 빛을 상기 본체의 공간내 형광체로 전달 및 조사하는 광전달부재를 구비하고 있는 무방전형 형광등이 구비된 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 특징은, 간격을 두고 이격된 복수의 발광을 위한 공간들을 가지며 가시광이 투과하는 투명한 판상의 본체와, 이 본체의 공간들 내면에 각각 도포되어 자외선 또는 적외선을 포함하는 파장대의 빛으로 자극받아 가시광을 복사하도록 여기되는 형광체와, 이 형광체를 여기시키는 여기수단을 포함하며, 그 여기수단으로서, 자외선 또는 적외선 영역을 포함하는 파장대의 빛을 발생하는 하나의 광원과, 이 하나의 광원에서 발생되는 빛을 상기 본체의 공간들내 각 형광체로 동시에 전달 및 조사하도록 여러갈래로 분기된 광전달부재가 구비된 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또다른 특징은, 자외선 또는 적외선 영역을 포함하는 파장대의 빛을 발생하는 광원과, 이 광원으로부터 발생되는 빛을 전송하면서 표면에서 방사하는 광전달부재와, 이 광전달부재의 표면에 도포되어 상기 전송된 자외선 또는 적외선 영역을 포함하는 빛으로 여기되어 가시광을 복사하는 형광체와, 이 형광체가 도포된 상기 광전달부재를 감싸는 가시광이 투과하는 투명체로 된 본체를 구비하는데 있다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 한 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시예 1에 따른 무방전형 형광등을 보인다. 도시된 바와 같은 무방전형 형광등(20)의 본체(22)는 밀폐된 발광공간(21)을 가지는 투명한 유리관으로서, 그 발광공간(21) 내면을 형광체 도료로써 도장하여 되는 형광체층(30)을 가지고 있으며, 이 형광체층(30)을 여기시키는 여기수단으로서 본체(22)의 양단에서 그 내부의 발광공간(21)으로 자외선 또는 적외선광을 조사하여 형광체층(30)을 여기시키기 위한 여기수단(40)을 포함한다. 상기 형광체층(30)은 자외선에 의해 여기 발광되는 적, 청, 녹색의 3파장 형광체를 원하는 색온도에 맞도록 혼합하여 균일한 두께로 형성시킴이 바람직하다. 그리고 상기 형광체층(30)은 광의 산란이 많아지도록 글라스 파우더를 형광체에 혼합하여 도포 하는 것이 바람직하다. 상기 램프에 사용되는 형광체로는 아연 실리케이트계 형광체인 Zn2SiO4:Mn, 바륨 알루미네이트계 형광체인 BaAl12O19:Mn, BaMgAl14O23:Eu, BaMgAl10O17:Eu, BaMgAl16O27:Eu를 사용함이 바람직하다.

상기 여기수단(40)은 자외선 또는 적외선을 발생시켜 이를 상기 본체(22) 내의 형광체층(30)에 조사하는 것으로, 적외선 또는 자외선 광원(41)과, 본체(22)의 발광공간(21)의 적어도 일측에 설치된 광확산부재(42)와, 상기 광확산부재(42)와 상기 적외선 또는 자외선 광원(41)를 연결하는 광전달부재(43)를 구비한다. 상기 광전달부재(43)는 광도파관 또는 광파이버가 이용될 수 있다. 그리고 상기 광 확산부재(43)의 주위에는 적외선 또는 자외선을 형광체층(30)으로 반사시키기 위한 반사판(44)이 더 구비된다.

여기에서 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 여기수단은 본체(22)의 일단부에 적외선 또는 자외선 광원(45)을 직접 결합할 수도 있으며, 도 4에 도시된 바와 같이 광전달부재(46)를 상기 발광공간(21)을 관통시키도록 설치할 수 있다. 이 경우 본체(22)를 관통하는 광전달부재는 적외선 또는 자외선광을 길이 방향의 법선방향 즉, 방사상으로 방출할 수 있어야 함은 당연하다. 그리고 도 5에 도시된 바와 같이 본체(22)가 구형으로 형성된 경우에는 광전달부재(46)를 벤딩하여 각 형광체층에 고루 광이 전달되도록 함이 바람직하다.

상술한 바와 같이 구성된 무방전형 형광등은 적외선 또는 자외선 광원(41)으로부터 조사된 자외선, 또는 적외선이 광전달부재(43)를 통하여 광확산부재(42)로 전달되어 확산됨으로써 본체(22)의 내면에 형성된 형광체층(30)에 조사되어 형광체층을 여기시킴으로써 형광체를 발광시키게 된다.

상기와 같이 발광하는 무방전형 형광등은 적외선 또는 자외선 광원(41)으로부터 발광하는 자외선 또는 적외선을 이용하여 형광체를 여기시키게 되므로 램프의 형상 또는 구조에 제약을 받지 않게 되고, 작은 에너지로 높은 발광휘도를 얻을 수 있다. 또한 형광체의 종류에 따라 다양한 색상을 구현할 수 있다.

도 6 및 도 7에는 상술한 바와 같이 구성된 무방전형 형광등의 다른 실시예를 나타내 보였다. 도시된 바와 같이 무방전형 형광등의 본체(50)는 투명한 재질의 베이스부재(51)와, 이 베이스부재(51)에 소정의 간격으로 복수개의 발광공간(52)들이 형성되고, 베이스부재(51)와 투명한 커버(53)가 결합되어 상기 발광공간(52)들이 밀폐된다. 그리고 각 발광공간(52)에는 상술한 바와 같이 자외선 또는 적외선에의해 여기되는 형광체층(53)들이 형성된다. 그리고 상기 발광공간(52)들에 적외선 또는 자외선을 조사하여 형광체층(53)을 여기시키는 여기수단(60)이 더 구비된다. 여기수단(60)은 하나의 적외선 또는 자외선 광원(61)과, 적외선 또는 자외선 광원(61)와 각각의 발광공간(52)와 연결되어 형광체에 자외선을 조사하는 광 전달부재(62)를 포함한다. 광 전달부재(62)는 적외선 또는 자외선 광원(61)과 연결된 주광전달부재(62a)와 이 주전달부재(62a)로부터 각각의 발광공간의 광확산부재(63)과 연결되는 분기광 전달부재((62b)를 구비할 수 있다. 그리고 상기 실시예에서 상기 베이스부재(51)의 하면의 발광공간 하면에는 반사막(64)이 설치될 수 있다.

도 8에는 본 발명에 따른 무방전형 형광등의 또 다른 실시예를 나타내 보였다. 도시된 바와 같이 소정형상의 지지부재(71)에 주 광전달부재(72a)와 연결된 분기 광전달부재(72b)들을 설치하고, 상기 지지부재(71)의 외주면에 형광체층(73)을 도포하여 형광체층(73)에 의해 분기광전달부재(72b)가 매립되도록 한다. 그리고 상기 지지부재(71)를 투명한 외부용기(74)로 감싸여져 대기와 노출됨으로서 발생되는 형광체층(73)의 산화를 방지한다. 그리고 상기 주광전달부재(72a)는 적외선 또는 자외선 광원(75)과 연결되거나 별도의 자연광 집광장치와 연결된다. 여기에서 상기 자연광 집광장치는 자외선 또는 적외선을 가지는 태양광등을 집광할 수 있는 구조이면 어느 것이나 가능하다.

상기와 같은 실시예에 있어서 적외선 또는 자외선 광원(75)의 구동으로 자외선 또는 적외선이 조사되면, 이 광은 상기 형광체층을 여기시켜 발광한다.

그리고 상기와 같은 실시예들에 있어서, 무방전형 형광등의 조도조절은 도 9에 도시된 바와 같이 설정된 로직이 입력된 마이크로 컴퓨터에 의해 광원을 제어하는 것으로 이행될 수 있다. 즉, 사용자가 제어신호를 입력하면, 마이크로 컴퓨터에서 입력된 정보에 따라 전원 공급부를 제어함으로써 자외선 또는 적외선 광원의 방사량을 제어할 수 있고, 이로써 형광체의 여기정도를 조정하여 밝기를 조정할 수 있다.

이상 설명된 바와 같이, 본 발명에 따른 무방전형 형광등은 미약한 적외선 또는 자외선, 자연광 등을 이용하여 밀폐된 공간에 설치되어 있는 형광체층을 여기시킴으로써 2차 발광시켜 높은 광휘도를 얻을 수 있으며, 종래와 같이 전극에 의한 방전으로 형광체층이 손상되는 것을 방지하여 수명을 대폭 향상시킬 수 있다. 또한 종래의 램프에 비하여 소비전력을 70% 이상 절감시킬 수 있다.

특히, 본 발명에 따른 무방전형 형광등은 종래의 방전관과 같이 본체를 진공으로 하거나 가스를 봉입할 필요가 없으므로 그 제조공정이 단순하여 저렴하게 보급될 수 있으며, 또 다양한 형태로 제작될 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 들어 설명하였으나 이는 예시적인 것에 불과하며 본원 발명의 기술적 범위내에서 당업자에 의해 변형 가능함은 물론이다.

그리고 발명에 따른 상술한 바와 같은 발광장치는 면광원, 백라이트, 광고판등에 널리 이용할 수 있다.

Claims

발광을 위한 공간을 가지며 가시광이 투과하는 투명체로 된 본체와, 이 본체의 공간 내면에 도포되어 적외선 또는 자외선을 포함하는 파장대의 빛으로 자극받아 가시광을 복사하도록 여기되는 형광체와, 이 형광체를 여기시키는 여기수단을 포함하고,

상기 여기수단으로서, 자외선 또는 적외선 영역을 포함하는 파장대의 빛을 발생하는 광원과, 이 광원에서 발생되는 빛을 상기 본체의 공간내 형광체로 전달 및 조사하는 광전달부재를 구비하고 있는 무방전형 형광등이 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 무방전형 형광등.
삭제
청구항 1에 있어서, 상기 광전달부재의 단부에서 상기 전달된 빛을 확산시키는 광확산부재와, 확산되는 빛을 상기 형광체쪽으로 모아서 반사시키는 반사부재를 포함하고 있는 무방전형 형광등.
청구항 1 또는 3에 있어서, 상기 광전달부재로서 광파이버 또는 광도파관을 구비하고 있는 무방전형 형광등.
청구항 1에 있어서, 상기 여기수단으로서, 상기 본체의 일측에 결합되어 그 본체의 공간 내 상기 형광체로 자외선 또는 적외선 영역을 포함하는 파장대의 빛을 발생하도록 구동되는 광원이 구비되어 있는 무방전형 형광등.
간격을 두고 이격된 복수의 발광을 위한 공간들을 가지며 가시광이 투과하는 투명한 판상의 본체와, 이 본체의 공간들 내면에 각각 도포되어 자외선 또는 적외선을 포함하는 파장대의 빛으로 자극받아 가시광을 복사하도록 여기되는 형광체와, 이 형광체를 여기시키는 여기수단을 포함하고,

상기 여기수단으로서, 자외선 또는 적외선 영역을 포함하는 파장대의 빛을 발생하는 하나의 광원과, 이 하나의 광원에서 발생되는 빛을 상기 본체의 공간들내 각 형광체로 동시에 전달 및 조사하도록 여러갈래로 분기된 광전달부재가 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 무방전형 형광등.
삭제
자외선 또는 적외선 영역을 포함하는 파장대의 빛을 발생하는 광원과, 이 광원으로부터 발생되는 빛을 전송하면서 표면에서 방사하는 광전달부재와, 이 광전달부재의 표면에 도포되어 상기 전송된 자외선 또는 적외선 영역을 포함하는 빛으로 여기되어 가시광을 복사하는 형광체와, 이 형광체가 도포된 상기 광전달부재를 감싸는 가시광이 투과하는 투명체로 된 본체가 구비되어 있는 무방전형 형광등.