KR100517924B1 - 무전극 램프 시스템의 발광 촉진 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 무전극 램프 시스템의 발광 촉진 장치에 관한 것으로, 본 발명은 마그네트론과, 마그네트론의 출구측에 연통하고 수직부와 수평부를 연속으로 가지며 그 수직부와 수평부의 외경과 내경을 조절하여 임피던스 매칭을 하면서 특정 대역의 전자파를 가진하도록 공진공간을 구비하는 공진기와, 마그네트론의 출구에 연결하여 공진공간에서 특정 대역의 전자파를 공진기의 출구측으로 안내하는 도체봉과, 발광물질과 불활성가스를 함께 봉입하여 상기한 공진공간의 출구측에 설치하고 전자파에 의해 불활성가스가 발광물질을 플라즈마화 방전하면서 발광물질이 빛을 내도록 하는 램프와, 램프의 주변에 배치하고 전자파는 통과하되 빛은 반사하도록 저손실 유전체로 형성하여 상기 램프에서 발생하는 빛을 상기한 공진공간의 외곽으로 반사하는 반사경을 포함한 무전극 램프 시스템에 있어서, 램프는 발광물질 등을 봉입하여 발광하는 발광부의 주변에 적어도 한 개 이상의 도체를 배치하여 구성함으로써, 램프의 크기를 줄여 평행광을 효과적으로 발생할 수 있도록 하고 유사전극을 이용하여 전계를 강화시켜 램프의 초기 점등을 용이하게 할 수 있다.

Description

무전극 램프 시스템의 발광 촉진 장치{RELUMINESCENCE ACCELERATION APPARATUS FOR PLASMA LIGHTING SYSTEM}

본 발명은 전자파를 이용한 무전극 램프 시스템에 관한 것으로, 특히 프로젝션용으로 사용하는 전구의 경우 광학계 방향으로 평행한 빛을 공급할 수 있는 무전극 램프 시스템의 발광 촉진 장치에 관한 것이다.

일반적으로 무전극 램프 시스템(PLS : Plasma Lighting System)은 전자레인지에 사용되는 고주파 발진기(마그네트론)에서 발생하는 전자파가 전구내 버퍼가스(buffer gas)를 플라즈마 상태로 만들면서 금속화합물이 빛을 연속적으로 발산하도록 함으로써 전극 없이도 뛰어난 광량을 제공할 수 있는 기기이다.

이러한 무전극 램프 시스템을 프로젝션 등에 광원으로 이용하는 경우 가급적이면 시스템의 크기를 최대한 줄이면서도 램프에서 발광하는 빛이 평행광을 발생할 수 있어야 한다. 이를 위해 본 출원인은 2003년 3월 11일자로 무전극 램프 시스템(출원번호:03특15204)을 출원한 바 있다.

도 1은 선출원한 무전극 램프 시스템의 일례를 보인 종단면도이다.

이에 도시한 바와 같이 선출원한 무전극 램프 시스템은, 전원공급부(미도시)에 연결하여 전자파를 발생하는 전자파 발생부로서의 마그네트론(10)과, 마그네트론(10)의 안테나(11)를 연통하도록 소정의 공진공간(22)을 가지고 상기한 마그네트론(10)에 결합하는 공진기(20)와, 공진기(20)의 공진공간(22)에 수용하여 마그네트론(10)의 안테나(11)에 연결하는 전자파 피더(30)와, 공진기(20)의 출구측에 설치하여 공진공간(22)으로 유도되는 전자파에 의해 플라즈마화 하면서 빛을 발하는 램프(40)와, 램프(40)와 전자파 피더(30) 사이에 설치하여 빛을 평행하게 반사하는 반사경(50)으로 구성하고 있다.

마그네트론(이하, 전자파 발생부와 혼용함)(10)은 알려진 바와 같이 전자파를 이용한 무전극 램프 시스템에 사용하는 것으로 전기 에너지를 전자파와 같은 고주파 에너지로 전환시키고, 이 고주파 에너지를 램프 시스템의 공진기(20)로 유도하여 램프(40)의 불활성가스와 발광물질을 여기시켜 빛을 발생하도록 하는 것이다.

공진기(20)는 마그네트론(10)의 안테나(11)를 삽입하여 연통하는 동시에 수직부(22a)와 수평부(22b)를 연속으로 가지도록 공진기몸체(21)의 내부에 티(T)자 형상과 같은 공진공간(22)을 구비하여 이루어져 있다.

여기서 공진공간(22)은 마그네트론(10)의 안테나(11)가 연통하는 수직부(22a)의 끝단과 상기한 램프(40)를 장착하는 수평부(22b)의 일측 끝단은 모두 개구되도록 형성하고 있다.

또, 공진공간(22)은 임피던스 매칭을 하면서 특정 대역의 전자파를 가진하도록 그 수직부(22a)와 수평부(22b)의 외경과 내경 비율을 적절하게 조절하여 형성하는 것이 바람직하다.

또, 공진공간(22)의 내주면에는 매칭 임피던스를 조절하도록 스터브(23)를 설치하는 것이 바람직하다. 스터브(23)는 통상 원통 모양이나 또는 블록 모양으로 형성할 수 있다.

전자파 피더(30)는 원형 단면 또는 그 외의 사각 단면이나 삼각 단면 등 다양한 모양의 봉 형상으로 형성하여 그 일단은 마그네트론(10)의 안테나(11)에 연결하고 타단은 공진공간(22)의 형상을 따라 내부로 길게 연장하여 안쪽에 설치하고 있다.

이를 위해, 마그네트론(10)의 안테나(11)에 연결하여 상기한 공진공간(22)의 수직부(22a)를 따라 설치하는 제1 도체봉(31)과, 공진공간(22)의 내측면에 고정하여 제1 도체봉(22)의 끝단에 결합하고 상기한 공진공간(22)의 수평부(22b)를 따라 설치하는 제2 도체봉(32)으로 이루어져 있다.

램프(40)는 소정의 내부체적을 구비하여 구 형상으로 형성하고 그 내부에 플라즈마화 하면서 빛을 발하도록 봉입물질을 봉입하는 발광부(41)와, 발광부(41)에 일체로 연장 형성하여 후술할 반사경(50)의 관통구멍(51)을 통해 지지하는 지지부(42)로 이루어져 있다.

발광부(41)는 구형 또는 원통형으로 형성하여 주로 석영(Quartz) 등과 같이 광투과율이 높고 유전손실이 극히 적은 재질로 제작하는 것이 바람직하다.

또, 봉입물질은 램프의 작동 중 플라즈마를 형성하여 발광을 주도하는 금속, 할로겐족 화합물, 황 또는 셀런 등과 같은 발광물질과, 발광초기에 발광부 내부에 플라즈마를 형성하기 위한 아르곤(Ar), 크립톤(Xe), 크립톤(Kr) 등의 불활성가스와, 그리고 수은과 같이 초기 방전을 도와 점등을 용이하게 하거나 발생되는 빛의 스펙트럼 등을 조절하기 위한 방전촉매물질로 이루어져 있다.

지지부(42)는 발광부(41)와 동일한 재질로 연장 형성하여 그 끝단을 상기한 제2 도체봉(32)의 끝단에 고정하되, 도 2에서와 같이 상기 지지부(42)의 끝단에 고정핀(43)을 삽입하고 이에 대향하는 제2 도체봉(32)의 끝단에는 고정홈(32d)을 형성하여 상기한 고정핀(43)을 고정홈(32d)에 삽입함으로써 램프(40)를 제2 도체봉(32)에 고정하고 있다.

반사경(50)은 일정 곡률을 갖는 타원 또는 이와 유사한 모양으로 형성하여 제2 도체봉(32)과 램프(40) 사이에 설치하고 있다. 또, 반사경(50)은 그 내부에서 전자파가 상기한 공진공간(22)의 내부와 자유롭게 이동할 수 있도록 석영이나 알루미늄과 같은 유전체 물질로 형성하고 있다.

상기와 같은 선출원한 무전극 램프 시스템은 다음과 같이 동작한다.

즉, 제어부의 지령에 따라 전원공급부(미도시)에서 전원이 마그네트론(10)에 공급되어 마그네트론(10)에서는 고주파 에너지를 갖는 전자파를 발생하고, 이 전자파는 제1 도체봉(31)과 제2 도체봉(32)을 통해 공진기(20)의 내부로 유도되어 공진하면서 적정한 공진주파수가 선택된다.

이 공진주파수 대역의 전자파는 공진기(20)의 공진공간(22) 내부에서 공진하면서 램프(40)의 발광부(41)에 봉입한 불활성가스를 방전하고, 이 방전에 의해 발생하는 열이 발광물질을 기화하여 플라즈마를 형성하며, 이 플라즈마가 전자파에 의해 지속적으로 방전을 유지함으로써 높은 광도의 빛을 방출하도록 한다. 이 빛은 반사경(50)에 의해 전방측으로 반사하여 필요한 공간을 밝히는 것이다.

이때, 전자파를 안내하는 제1 도체봉(31)과 제2 도체봉(2)의 두께를 조절하거나 또는 공진기(20)의 외경과 내경 비율을 조절하여 특성 임피던스를 조절함으로써 임피던스를 보다 적정하게 매칭할 수 있다.

그러나, 상기와 같은 선출원한 무전극 램프 시스템은, 전술한 바와 같이 특히 초기 점등시 강한 전계가 필요하게 되나 상기 발광부(41)의 내부용적이 작아 기존의 마그네트론(10)에서 공급하는 전자파만으로는 초기 점등이 난해하게 되는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래 무전극 램프 시스템이 가지는 문제점을 감안하여 안출한 것으로, 램프를 소형화하더라도 초기 점등시 강한 전계를 발생할 수 있는 무전극 램프 시스템의 발광 촉진 장치를 제공하려는데 본 발명의 목적이 있다.

본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 전자파를 발생하는 마그네트론과, 마그네트론의 출구측에 연통하고 수직부와 수평부를 연속으로 가지며 그 수직부와 수평부의 외경과 내경을 조절하여 임피던스 매칭을 하면서 특정 대역의 전자파를 가진하도록 공진공간을 구비하는 공진기와, 마그네트론의 출구에 연결하여 상기한 공진공간의 내부에 설치하고 이 공진공간에서 특정 대역의 전자파를 공진기의 출구측으로 안내하면서 적절한 전자파의 공급과 분포를 형성하도록 하는 도체봉과, 발광물질과 불활성가스를 함께 봉입하여 상기한 공진공간의 출구측에 설치하고 전자파에 의해 불활성가스가 발광물질을 플라즈마화 방전하면서 발광물질이 빛을 내도록 하는 램프와, 램프의 주변에 배치하고 전자파는 통과하되 빛은 반사하도록 저손실 유전체로 형성하여 상기 램프에서 발생하는 빛을 상기한 공진공간의 외곽으로 반사하는 반사경을 포함한 무전극 램프 시스템에 있어서, 램프는 발광물질 등을 봉입하여 발광하는 발광부의 주변에 적어도 한 개 이상의 도체를 배치하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 무전극 램프 시스템의 발광 촉진 장치를 제공한다.

이하, 본 발명에 의한 무전극 램프 시스템의 발광 촉진 장치를 첨부도면에 도시한 일실시예에 의거하여 상세하게 설명한다.

도 3은 본 발명 무전극 램프 시스템의 일례를 보인 종단면도이고, 도 4 내지 도 7은 본 발명 무전극 램프 시스템의 램프에 대한 변형예를 보인 개략도이다.

이에 도시한 바와 같이 본 발명에 의한 무전극 램프 시스템의 램프(100)는, 소정의 내부체적을 구비하여 구 형상으로 형성하고 그 내부에 플라즈마화 하면서 빛을 발하도록 봉입물질을 봉입하는 발광부(110)와, 발광부(110)에 일체로 연장 형성하여 후술할 반사경(도 1에 도시)(50)의 관통구멍을 통해 지지하는 지지부(120)와, 도체로 형성하여 그 일단을 지지부(120)에 고정하고 타단을 발광부(110)의 안쪽으로 노출하는 유사전극(pseudo electrode)(130)으로 구성한다.

발광부(110)는 구형 또는 원통형으로 형성하여 주로 석영(SiO₂)이나 세라믹(Al₂O₃)과 같이 광투과율이 높고 유전 손실이 극히 적은 재질로 제작하되, 통상 100W급의 경우 외경은 유사전극(130)의 직경을 고려하여 약 10mm 정도의 크기로 형성하고 두께는 약 2mm 정도로 형성한다.

또, 봉입물질은 램프의 작동 중 플라즈마를 형성하여 발광을 주도하는 금속, 할로겐족 화합물, 황 또는 셀런 등과 같은 발광물질과, 발광초기에 램프 내부에 플라즈마를 형성하기 위한 아르곤(Ar), 크립톤(Xe), 크립톤(Kr) 등의 불활성가스와, 그리고 수은과 같이 초기 방전을 도와 점등을 용이하게 하거나 발생되는 빛의 스텍트럼 등을 조절하기 위한 방전촉매물질로 이루어진다.

지지부(120)는 발광부(110)와 동일한 재질로 연장 형성하여 그 내부에 상기한 유사전극(130)을 삽입 고정한다. 이 지지부(120)는 상기한 제2 도체봉(도 1에 도시)(32)과 유사전극(130)을 용이하게 연결할 수 있도록 제2 도체봉(32)과 동일한 방향으로 길게 형성하는 것이 바람직하다.

유사전극(130)은 순수 텅스텐이나 혹은 2차 방출을 용이하게 할 수 있도록 순수 텅스텐에 토륨을 첨가하여 형성한다.

또, 유사전극(130)은 대략 0.8mm 이하가 바람직하며 그 끝단은 보다 많은 이온이 모일 수 있도록 도 3에서와 같이 침 형상과 같이 날카롭게 형성하는 것이 바람직하나 경우에 따라서는 도 4에서와 같이 뭉툭하게 형성할 수도 있다. 또, 유사전극(130)은 발광부(110)의 내부공간으로 노출되게 소정의 깊이만큼 돌출시켜 삽입할 수도 있으나 내구성을 고려하여 도 5에서와 같이 지지부(120)에 매립 형성할 수도 있다.

특히 도 6 또는 도 7에서와 같이 유사전극(130)을 제1 유사전극(131)과 제2 유사전극(132)으로 구분하여 형성할 수도 있는데, 여기서 제1 유사전극(131)과 제2 유사전극(132)의 양단을 램프(100)의 발광부(110) 안에서 대향시킬 경우에는 도 7에서와 같이 제1 유사전극(131)과 제2 유사전극(132)이 일직선상에 배치하여야 큰 전기장을 형성할 수 있으나 가공오차 등의 이유로 인해 두 유사전극(131)(132)을 일직선상에 배치하기 난해한 점을 고려하여 제1 유사전극(131)은 날카롭게 형성하는 반면 제2 유사전극(132)은 뭉툭하게 형성하는 것이 바람직하다.

또, 제1 유사전극(131)과 제2 유사전극(132)의 간격은 좁을수록 점광원을 형성하는데 유리하나 대략 1 ~ 2mm 정도로 유지하는 것이 바람직하다.

한편, 유사전극(130)과 제2 도체봉(또는, 제2 도체봉에 연결하여 외부전극을 이루는 고정핀(43))(32)은 도 3 내지 도 7에서와 같이 램프(40)의 지지부(42) 내에서 별도의 연결부재(140)를 이용하여 결합하는데 이 연결부재(140)는 열팽창율에 따른 지지부(120)의 균열을 감안하여 열팽창율이 낮은 몰리브덴으로 형성하는 것이 바람직하다.

도면중 종래와 동일한 부분에 대하여는 동일한 부호를 부여하였다.

도면중 미설명 부호인 32d는 고정홈이다.

상기와 같은 본 발명 무전극 램프 시스템의 점등 촉진 장치는 다음과 같은 작용 효과가 있다.

즉, 도 1을 참조하면, 제어부의 지령에 따라 전원공급부(미도시)에서 전원이 마그네트론(10)에 공급되어 마그네트론(20)에서는 고주파 에너지를 갖는 전자파를 발생하고, 이 전자파는 제1 도체봉(31)과 제2 도체봉(32)을 통해 공진기(20)의 내부로 유도되어 공진하면서 반사경(50)을 통과하여 램프(100)의 발광부(110)에 봉입한 불활성가스를 방전하며, 이 방전에 의해 발생하는 열이 발광물질을 기화하여 플라즈마를 형성하면서 높은 광도의 빛을 방출하고, 이 빛은 반사경(50)에 의해 전방으로 평행하게 반사되어 프로젝션 등의 광원으로 활용된다.

이때, 램프(100)의 발광부(110) 내부에 유사전극(130)((131)(132))를 한 개 또는 복수 개를 마주보도록 설치함에 따라 유사전극(130)((131)(132))의 끝단에서 전기장의 집중현상이 일어나고 이로 인해 강한 전기장이 형성되면서 전자의 방출속도가 가속되어 기체 방전을 용이하게 하므로 램프 시스템의 초기 점등 시간을 단축할 수 있게 되는 것이다.

또, 유사전극(131)(132)의 간격을 가급적이면 좁게 조절함으로써 두 전극 사이에 보다 큰 전기장을 형성하여 전자를 집중시키고 이를 통해 프로젝션 등에 유용한 점광원의 형태를 띌 수 있도록 할 수 있다.

이렇게 하여 무전극 램프 시스템을 프로젝션 등에 광원으로 이용하는 경우 램프의 크기를 작게 하여 점광원을 형성하도록 하고 이를 통해 광원이 반사경의 초점에 위치되도록 하여 평행광을 형성하면서 스크린에 조사되어 고화질의 화상을 얻을 수 있다. 또, 램프에 유사전극을 배치하여 강한 전계를 형성할 수 있도록 함으로써 램프의 크기를 줄이더라도 초기 점등이 원활하게 이루어지도록 할 수 있다.

본 발명에 의한 무전극 램프 시스템의 점등 촉진 장치는, 소형 램프에 유사전극을 배치하여 구성함으로써, 램프의 크기를 줄여 평행광을 효과적으로 발생할 수 있도록 하고 유사전극을 이용하여 전계를 강화시켜 램프의 초기 점등을 용이하게 할 수 있다.

도 1은 선출원한 무전극 램프 시스템의 일례를 보인 종단면도,

도 2는 선출원한 무전극 램프 시스템에서 램프를 보인 개략도,

도 3은 본 발명 무전극 램프 시스템의 일례를 보인 종단면도,

도 4 내지 도 7은 본 발명 무전극 램프 시스템의 램프에 대한 변형예를 보인 개략도.

** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **

43 : 외부전극 100 : 램프

110 : 발광부 120 : 지지부

130,131,132 : 유사전극 140 : 연결부재

Claims (13)

1. 전자파를 발생하는 마그네트론과, 마그네트론의 출구측에 연통하고 수직부와 수평부를 연속으로 가지며 그 수직부와 수평부의 외경과 내경을 조절하여 임피던스 매칭을 하면서 특정 대역의 전자파를 가진하도록 공진공간을 구비하는 공진기와, 마그네트론의 출구에 연결하여 상기한 공진공간의 내부에 설치하고 이 공진공간에서 특정 대역의 전자파를 공진기의 출구측으로 안내하면서 적절한 전자파의 공급과 분포를 형성하도록 하는 도체봉과, 발광물질과 불활성가스를 함께 봉입하여 상기한 공진공간의 출구측에 설치하고 전자파에 의해 불활성가스가 발광물질을 플라즈마화 방전하면서 발광물질이 빛을 내도록 하는 램프와, 램프의 주변에 배치하고 전자파는 통과하되 빛은 반사하도록 저손실 유전체로 형성하여 상기 램프에서 발생하는 빛을 상기한 공진공간의 외곽으로 반사하는 반사경을 포함한 무전극 램프 시스템에 있어서,

   램프는 발광물질 등을 봉입하여 발광하는 발광부의 내부에 적어도 한 개 이상의 도체가 인출되어 봉입물질과 접하도록 배치하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 무전극 램프 시스템의 발광 촉진 장치.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,

   도체는 텅스텐으로 형성한 것을 특징으로 하는 무전극 램프 시스템의 발광 촉진 장치.
5. 제1항에 있어서,

   도체는 텅스텐에 토륨을 첨가한 재질로 이루어진 것을 특징으로 하는 무전극 램프 시스템의 발광 촉진 장치.
6. 제1항에 있어서,

   도체는 그 직경을 램프의 두께 대비 1/2 ~ 1/3인 것을 특징으로 하는 무전극 램프 시스템의 발광 촉진 장치.
7. 제1항에 있어서,

   도체는 끝단으로 갈수록 직경을 작게 하여 날카롭게 형성하는 것을 특징으로 하는 무전극 램프 시스템의 발광 촉진 장치.
8. 제1항에 있어서,

   도체는 끝단의 직경을 확대하여 뭉툭하게 형성하는 것을 특징으로 하는 무전극 램프 시스템의 발광 촉진 장치.
9. 제1항에 있어서,

   도체는 복수 개 인 경우 어느 한 쪽은 끝단으로 갈수록 직경을 작게 하여 날카롭게 형성하는 반면 이에 대향하는 다른 한 쪽은 끝단의 직경을 확대하여 뭉툭하게 형성하는 것을 특징으로 하는 무전극 램프 시스템의 발광 촉진 장치.
10. 제1항 내지 제9항의 어느 한 항에 있어서,

    도체가 복수 개인 경우 두 도체간 간격은 1 ~ 2mm 인 것을 특징으로 하는 무전극 램프 시스템의 발광 촉진 장치.
11. 제1항에 있어서,

    도체는 연결부재를 사이에 두고 도체봉과 결합하는 것을 특징으로 하는 무전극 램프 시스템의 발광 촉진 장치.
12. 제11항에 있어서,

    연결부재는 몰리브덴 인 것을 특징으로 하는 무전극 램프 시스템의 발광 촉진 장치.
13. 제12항에 있어서,

    도체와 도체봉 그리고 연결부재는 램프의 발광부에서 연장 형성하는 지지부에 감싸지는 것을 특징으로 하는 무전극 램프 시스템의 발광 촉진 장치.