KR100555103B1 - 유도용량형 무전극 램프용 전극 - Google Patents

유도용량형 무전극 램프용 전극 Download PDF

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Abstract

본 발명은 유도용량형 무전극 램프용 전극에 관한 것으로서, 특히 엘씨디 백라이트를 위하여 시간에 따라 변하는 자기장을 생성하는 유도전극부재를 사용하여 램프의 효율을 향상시키는 유도용량형 무전극 램프용 전극에 관한 것이다.
본 발명인 유도용량형 무전극 램프용 전극은 램프의 양 단부 부근에 각각 형성가능한 한 쌍의 외부전극과, 상기 외부전극 상에 위치되고 일단은 상기 외부전극과 전기적으로 연결되고, 타단은 전원에 연결되어 상기 전원을 상기 외부전극으로 전달하는 한 쌍의 유도전극부재로 이루어진다.
램프, 스페이서, 전극

Description

유도용량형 무전극 램프용 전극{ELECTRODE FOR INDUCTIVE AND CAPACITIVE ELECTRODELESS LAMP}
도 1은 본 발명에 따른 전극이 설치된 유도용량형 무전극 평판 램프의 사시도이다.
도 2는 도 1의 기준선(I-I')에 따른 유도용량형 무전극 평판 램프의 단면도이다.
도 3은 도 1의 기준선(II-II')에 따른 유도용량형 무전극 평판 램프의 단면도이다.
도 4는 도 1의 유도용량형 무전극 평판 램프에 전원이 인가된 상태도이다.
도 5는 본 발명에 따른 전극이 설치된 유도용량형 무전극 직관 램프의 사시도이다.
도 6은 도 5의 기준선(I-I')에 따른 유도용량형 무전극 직관 램프의 단면도이다.
도 7은 도 5의 기준선(II-II')에 따른 유도용량형 무전극 직관 램프의 단면도이다.
도 8은 도 5의 유도용량형 무전극 직관 램프에 전원이 인가된 상태도이다.
도 9는 도 5의 유도용량형 무전극 직관 램프와 종래 기술에 따른 직관 램프의 성능을 비교하는 그래프이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
2, 22: 외부전극 4: 평면 램프
6, 26: 스페이서 8, 28: 유도전극부재
10, 30: 연결선 32: 인버터
본 발명은 유도용량형 무전극 램프의 전극에 관한 것으로서, 특히 엘씨디 백라이트를 위하여 시간에 따라 변하는 자기장을 생성하는 유도전극부재를 사용하여 램프의 효율을 향상시키는 유도용량형 무전극 램프용 전극에 관한 것이다.
일반적으로 엘씨디(LCD) 백라이트에 사용되는 램프는 직관형 세관 형광 램프이다. 이 직관형 세관 램프는 방전관 내부에 전극이 있고, 전극 물질로는 니켈과 같은 전이 금속을 사용하고 있고, 그 형상은 원통형, 판상형, 원기둥형 등이 있다. 또한 전극은 2차 전자방출을 용이하게 하기 위하여 바륨 옥사이드(BaO)가 코팅된다.
LCD에 요구되는 면발광은 전체적인 균일성(85%이상)과 디스플레이에 적합한 휘도(8000cd/㎡)가 요구된다. 그러므로 세관 램프를 LCD에 사용하기 위해서는 1차원 광원을 2차원의 광원으로 바꾸어 줄 수 있는 프리즘, 확산판 등이 요구되어진다. 그러나, 이러한 부대 장치의 사용으로도 면발광의 충분한 균일성과 휘도를 구현할 수 없다.
이러한 세관형 램프의 단점을 개선하기 위하여 평판형 램프가 제시되었다. 현재까지 알려진 평판램프는 크게 내부전극형과 외부전극형이 있다. 내부 전극형의 경우, 제조 공정상 어려움이 있고, 플라즈마에 의한 전극 소모로 방전 특성이 저하되는 단점을 가지고 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 외부전극형의 방전이 제시되었다. 그러나, 이 외부전극형의 경우에는 방전관에 의한 전위 감소로 구동전압이 높고, 방전전류가 적어 휘도가 낮은 문제를 지니고 있다.
이에 따라 본 발명은, 종래 용량형 무전극 자외선 램프의 효율을 향상시킬 수 있는 유도전극부재를 이용하여 지금까지의 자외선 램프보다 넓은 조사 면적을 갖는 유도용량형 무전극 램프용 전극을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 기존의 용량형 방전보다 고강도, 고효율 특성을 향상시키기 위하여 외부 전극의 구조에서 자기장 효과를 가미시킨 유도용량형 무전극 램프용 전극을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명인 유도용량형 무전극 램프용 전극은 램프의 양 단부 부근에 각각 형성가능한 한 쌍의 외부전극과, 상기 외부전극 상에 위치되고 일단은 상기 외부전극과 전기적으로 연결되고, 타단은 전원에 연결되어 상기 전원을 상기 외부전극으로 전달하는 한 쌍의 유도전극부재로 이루어진다.
이때, 상기 외부전극과 상기 유도전극부재 사이에 스페이서가 추가적으로 포함된다. 또한, 상기 스페이서는 절연체인 것이 바람직하다.
또한, 상기 외부전극은 상기 램프의 외표면을 둘러싸는 밴드형태이고, 상기 유도전극부재는 상기 외부전극을 둘러싸는 스페이서를 둘러싼다.
또한, 상기 유도전극부재는 유도코일이고, 상기 유도코일은 구리로 이루어지는 것이 바람직하다.
또한, 상기 램프는 평판인 것이 바람직하다.
또한, 상기 램프는 직관인 것이 바람직하다.
또한, 상기 외부전극은 구리, 알루미늄 및 은으로 구성되는 군 중에서 적어도 어느 하나 이상을 포함하는 것이 바람직하고, 상기 유도전극부재 각각에는 서로 반대의 위상을 지닌 전원이 인가되는 것이 바람직하다.
이하에서 본 발명은 첨부 도면 및 바람직한 실시예를 참고로 더욱 상세하게 설명한다. 그러나, 아래의 설명에 의해 본 발명의 범위가 제한되어서는 아니되며, 본 발명의 범위는 이어지는 청구의 범위에 기재된 것에 의해서만 제한될 것이다.
도 1 내지 3은 본 발명에 따른 전극이 설치된 유도용량형 무전극 평판 램프의 사시도 및 단면도들이다.
도시된 유도용량형 무전극 평판 램프(1)는 양 단부 부근에 한 쌍의 외부전극(2)이 각각 형성된 평판 램프(4)와, 이 외부전극(2)이 형성된 평판 램프(4) 상에 형성된 스페이서(6)와, 이 스페이서(6) 위에 감겨진 한 쌍의 유도전극부재(8)로 이루어진다.
자세하게는, 이 외부전극(2)은 평판 램프(4)를 둘러싸는 밴드형이면서, 구리, 알루미늄이나 은과 같은 전도체를 코팅하거나 부착시켜 형성된다.
이 스페이서(6)는 외부전극(2)과 유도전극부재(8)를 전기적으로 분리시키는 재질로, 즉 절연체로서, 도 2에 도시된 바와 같이 외부전극(2)을 완전히 둘러싸면서 형성된다.
이 유도전극부재(8)는 일단은 외부전극(2)과 전기적으로 연결되고, 타단은 전원(도시되지 않음)에 연결되도록 형성된 코일이다. 이 유도전극부재(8)는 구리선(8a)에 외부에 폴리에틸렌 코팅(8b)이 되어 있다. 본 실시예에서 구리선(8a)은 외경이 0.3mm 정도이다.
또한, 외부전극(2)과 유도전극부재(8)의 일단이 연결되도록 연결선(10)이 도 2에 도시된 바와 같이 형성된다. 그럼으로써, 유도전극부재(8)와 외부전극(2)이 직렬로 연결되어, 전원이 유도전극부재(8)를 통하여 외부전극(2)에 전달되도록 하여 평면 램프(4) 내에서 방전을 형성시킨다.
여러 문헌에 따르면, 쉬쓰(Sheath)에서의 이온 파워 손실(ion power loss)(Pｉ)이 하기의 수학식1로 정의되고, 쉬쓰 저항(Sheath resistance)(Rsh)은 하기의 수학식2로 정의되며, 벌크에서의 파워(Pbulk)와 이온 파워 손실(Pi)의 합이 램프 파워(Lamp Power)(Ptotal)이 되므로, 평면 램프(4)의 전류가 일정하게 유지되는 상황에서 쉬쓰에서 소모되는 전력은 전자의 온도에 비례하므로, 쉬쓰 부근의 플라즈마 상태에 따라 쉬쓰에서 소모되는 전력이 영향을 받게 된다.
Pi=1/2 RshI2
Figure 112003025312224-pat00002
그런데, 본 발명에 따른 전극 구조에서는 유도전극부재(8)에 의해 형성된 자기장이 동일한 전기장 하에서 전자의 진행 경로를 길게 하므로 전자는 이온이나 중성가스와 많은 충돌을 하게 되어 결과적으로 전자의 평균 운동 에너지는 작아지게 된다. 그러므로, 전자의 온도가 작아지게 되어 쉬쓰의 저항이 감소하게 되고, 이온 가속에 의한 소모 전력이 작아지게 된다. 그러므로, 동일한 전력을 인가했을 경우, 평면 램프(4) 내의 벌크 플라즈마 부분에서 소모되는 전력의 부분이 증가하게 되어 평면 램프(4)의 방전 효율이 향상된다.
도 4는 도 1의 유도용량형 무전극 평판 램프에 전원이 인가된 상태도이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 유도전극부재(8) 각각에 서로 반대의 위상을 지닌 전원 이 인가되며, 이러한 전원이 인가되도록 인버터(12)가 요구된다. 또한, 본 실시예에서 전원은 RF(13.56MHz, 2.65MHz) AC-pulse (20~200kHz)이 사용될 수 있다. 이러한 전원의 공급은 유도전극부재(8)에 먼저 인가되고, 연결선(10)을 통하여 외부전극(2)에 인가된다. 평면 램프(4)의 양단에 서로 반대의 위상을 지닌 전원이 유도전극부재(8)를 통하여 인가되어, 외부로 새어 나가는 전기장을 최소화하여, 평면램프(4)의 효율을 극대화시킨다.
도 5 내지 7은 본 발명에 따른 전극이 설치된 유도용량형 무전극 직관 램프의 사시도 및 단면도들이다.
도시된 유도용량형 무전극 직관 램프(20)는 양 단부 부근에 한 쌍의 외부전극(22)이 각각 형성된 직관 램프(24)와, 이 외부전극(22)이 형성된 직관 램프(24) 상에 형성된 외부전극 절연체(26)와, 이 외부전극 절연체(26) 위에 감겨진 한 쌍의 유도전극부재(28)로 이루어진다.
자세하게는, 이 외부전극(22)은 직관 램프(24)를 둘러싸는 밴드형이면서, 구리, 알루미늄이나 은과 같은 전도체를 코팅하거나 부착시켜 형성된다. 본 실시예에서 이 직관 램프(24)의 외경은 3mm이다.
이 외부전극 절연체(26)는 외부전극(22)과 유도전극부재(28)를 전기적으로 분리시키는 재질로, 본 실시예에서는 PET (Polyethylene- Terephthalate)이고, 도 6에 도시된 바와 같이 외부전극(22)을 완전히 둘러싸면서 형성된다.
이 유도전극부재(28)는 일단은 외부전극(22)과 전기적으로 연결되고, 타단은 전원(도시되지 않음)에 연결되도록 형성된 코일이다. 이 유도전극부재(28)는 구리 선(28a)에 외부에 폴리에틸렌 코팅(28b)이 되어 있다. 본 실시예에서 유도전극부재(28)는 약 1cm정도의 폭만큼 감긴다.
또한, 외부전극(22)과 유도전극부재(28)의 일단이 연결되도록 연결선(30)이 도 6에 도시된 바와 같이 형성된다. 그럼으로써, 유도전극부재(28)와 외부전극(22)이 직렬로 연결되어, 전원이 유도전극부재(28)를 통하여 외부전극(22)에 전달되도록 하여 직관 램프(24) 내에서 방전을 형성시킨다.
도 8은 도 5의 유도용량형 무전극 직관 램프에 전원이 인가된 상태도이다. 도 8에 도시된 바와 같이, 유도전극부재(28) 각각에 서로 반대의 위상을 지닌 전원이 인가되며, 이러한 전원이 인가되도록 인버터(32)가 요구된다. 또한, 본 실시예에서 전원은 AC-sine(30~80kHz) AC-pulse (20~200kHz)가 사용될 수 있다. 이러한 전원의 공급은 유도전극부재(28)에 먼저 인가되고, 연결선(30)을 통하여 외부전극(22)에 인가된다. 직관 램프(24)의 양단에 서로 반대의 위상을 지닌 전원이 유도전극부재(28)를 통하여 인가되어, 외부로 새어 나가는 전기장을 최소화하여, 직관 램프(24)의 효율을 극대화시킨다.
도 9는 도 5의 유도용량형 무전극 직관 램프와 종래 기술에 따른 직관 램프의 성능을 비교하는 그래프이다. 도 9에 도시된 바와 같이, 종래 기술에 따른 전극이 형성된 직관 램프에 동일한 전력을 인가하였을 때, 본 발명에 따른 전극이 형성된 유도용량형 무전극 직관 램프의 휘도가 주파수에 따라 종래의 직관 램프와 비교하여 약 7~35%정도 향상됨이 나타난다.
이와 같이, 본 발명은 종래 용량형 무전극 자외선 램프의 효율을 향상시킬 수 있는 유도전극부재를 이용하여 지금까지의 자외선 램프보다 넓은 조사 면적을 갖도록 하는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 외부 전극의 구조에 자기장 효과를 가미시킴으로써, 기존의 용량형 방전보다 고강도, 고효율 특성을 향상시키는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 서로 위상이 반대인 전원을 공급하도록 하여 램프의 효율을 극대화시키는 효과가 있다.

Claims (10)

  1. 램프의 양 단부 부근에 상기 램프의 외표면을 둘러싸도록 밴드 형태로 각각 형성되는 한 쌍의 외부전극과,
    상기 외부전극과 이격되도록 형성되고, 일단은 상기 외부전극과 전기적으로 연결되고 타단은 고주파 전원에 연결되어, 상기 고주파 전원을 상기 외부전극으로 인가하는 한 쌍의 유도코일과,
    상기 외부전극과 상기 유도코일 사이에 상기 외부전극을 둘러싸도록 형성되는 절연 스페이서로 이루어지는 것을 특징으로 하는 유도 용량형 무전극 램프.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서, 상기 유도코일은 구리로 이루어지는 것을 특징으로 하는 유도 용량형 무전극 램프.
  7. 제1항 또는 제6항에 있어서, 상기 램프는 평판형인 것을 특징으로 하는 유도 용량형 무전극 램프.
  8. 제1항 또는 제6항에 있어서, 상기 램프는 직관형인 것을 특징으로 하는 유도 용량형 무전극 램프.
  9. 제1항 또는 제6항에 있어서, 상기 외부전극은 구리, 알루미늄 및 은으로 구성되는 군 중에서 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하는 유도 용량형 무전극 램프.
  10. 제1항 또는 제6항에 있어서, 상기 한 쌍의 유도코일 각각에는 서로 반대의 위상을 지닌 고주파 전원이 인가되는 것을 특징으로 하는 유도 용량형 무전극 램프.
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