KR100604207B1 - 오파장 형광램프 - Google Patents

Abstract

본원발명은 오파장 형광램프에 관한 것으로,

형광램프의 관 내벽에 도포하는 형광물질의 종류를 5파장의 빛을 발광하는 5종류로 구성하고 상기 각 형광물질의 비율을 일정한 비율에 따라 조절함으로서 형광램프의 연색성을 극대화하여 보다 양질의 광을 공급할 수 있는 형광램프를 제공하는데 특징이 있다.

오파장, 연색성, 연색지수, 효율, 배합비율

Description

오파장 형광램프 { Five wavelength fluorescent lamp }

도1은 삼파장 형광램프의 분광분포도

도2는 색평가용 형광램프의 분광분포도

도3은 본원발명에 따른 오파장 램프의 분광분포도

<기술적 배경>

백열등에 이어서 출현한 형광등은 저렴한 비용으로 높은 효율의 발광을 할 있다는 장점에 따라 현대 조명의 총아로 등장한 이후 현재에 이르기까지 제1위의 자리를 굳건히 유지하고 있다.

형광등은 방전에 의해 발생하는 90% 이상의 자외선을 가시광선으로 전환하여 발광하는 장치로서 자외선을 가시광선으로의 전환하는 것은 형광등 내에 도포되어 있는 형광물질에 의해 이루어진다.

한편 생활과 문화의 질이 향상됨에 따라 램프의 기술은 단순히 조명의 효율을 높이는 목적에서 벗어나 가능한 한 자연광에 가깝도록 광의 특성을 개선하기 위한 방향으로 연구 개발이 진행되고 있으며 이러한 노력의 결과는 연색성에 의해 평가되고 있고 연색성은 연색지수에 의해 판단된다.

조명된 사물의 색재현 충실도를 연색성이라 하며, 연색지수란 자연광 하에서 본 사물과 조명된 사물의 색을 비교하여 수치화한 것으로서 광의 연색성을 나타내는 연색지수는 태양광을 100으로 하여 이에 가까울수록 광의 연색성이 좋은 것으로 본다.

또한 형광등의 색상은 각기 독특한 색상을 내는 형광물질의 종류에 따라 결정되며, 특별한 색상의 얻기 위해서는 동일한 색상을 내는 형광물질을 선택하여 형광등의 내벽에 도포하면 된다.

광의 품질을 결정하는 가장 중요한 요소인 형광등의 연색성은 상기 형광물질의 배합비율에 따라 결정되고 이러한 배합비율은 형광등의 품질을 결정하는 가장 중요한 요인이 되기 때문에 형광 램프를 제조하는 회사에서는 이의 공개를 극도로 꺼리는 경향이 있다.

<종래의 기술>

최근의 형광램프 시장을 보면, 종래의 단파장 형광등에서 삼파장 형광등으로 수요가 이동하고 있다.

그 이유는 단파장은 특정한 색상을 발광하므로 필연적으로 연색성이 낮을 수밖에 없기 때문이다.

삼파장 형광램프는 광의 삼원색인 red, blue, green의 삼색을 발광할 수 있는 형광물질을 적절히 배합하여 형광등의 내벽에 도포함으로서 자연광에 가까운 빛을 얻을 수 있게 한 것이다.

삼파장 램프는 이러한 추세에 부응하여 개발된 것으로 종래의 삼파장 램프의 배합비율은 각각 1/3 분할을 기본으로 하고 있으며 이 결과 일단 단색 형광등에 비해 획기적인 광의 질의 향상을 가져 왔다.

그러나 종래의 삼파장 램프는 연색성의 개선에 일정한 한계에 봉착하였다.

이는 광의 3원색에만 집착한 결과이다.

그 이유는 각각의 형광물질이 갖는 특성이나 각각의 형광물질에서부터 발광되는 색이 정확히 3원색을 내기 어렵다는 점과 이들에 의해 발광된 색의 온도 및 분광분포가 각각 다르다는 데서 기인한다.

즉 연색성은 램프의 내벽에 도포된 형광물질에 의해 발광된 고유의 색상과 그들이 갖는 색온도 및 분광분포의 상관관계에 의해 결정되기 때문이다.

이를 개선하기 위해 각 제조사에서는 삼색의 형광물질의 배합비율을 조정하든가 형광물질의 수를 늘려 오파장 혹은 7파장의 형광등을 개발하고 있으나 이들을 결정하는 배합비율의 공개를 꺼리고 있어 그 실질적인 개선의 상태를 확인할 수는 없다.

이는 연색성의 개선의 핵심적인 내용이 발광을 위해 선택된 파장의 수(선택된 색의 종류)와 각각의 파장을 내기 위한 형광물질의 배합비율을 가장 중요한 구성요소로 하고 있기 때문이다.

일반적으로 조명용으로 사용되는 램프의 연색성의 양부 판단은 연색지수 80을 기준으로 하며 연색지수가 80이 넘으면 연색성이 좋다고 판단한다.

그러나 최근 생활의 질이 향상되고 건강에 대한 관심이 높아지면서 광의 품질에 대한 수요자의 요구가 점점 높아지고 있다.

이에 따라 더욱 개선된(높아진) 연색지수를 갖는 형광램프를 필요로 하고 있 다.

참고로 현재 삼파장 형광등의 연색성은 80 ~ 82정도가 대부분이며 최근 가장 개선된 형광등의 연색지수가 83.4이다.

별표1은 최근에 가장 높은 연색지수(83.4)를 갖는 것으로 알려진 삼파장 형광램프의 연색성을 평가한 결과이다.

<표1>

구분	R1	R2	R3	R4	R5	R6	R7	R8	R9	R10	R11	R12	R13	R14	Ra
측정값	94	89	59	87	87	78	88	86	43	49	76	61	92	73	83.4

이 때의 측정관련 수치는

색상좌표 : x=0.3162, y=0.3462 / u=0.1939, v=0.2185이고,

상관색온도 Tc : 6213 ˚K이며,

홍색비 : R=18.330이고,

표고치 파장 : λp = 545nm이며,

반관도 : Δλp = 9.7nm이다.

이때 연색지수가 83.4를 기록하고 있다.

이들을 측정하기 위한 조건은 주위 온도 = 25℃, 주위 습도 = 65%이다.

본원발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로,

형광램프의 관 내벽에 도포하는 형광물질의 종류를 5파장의 빛을 발광하는 5종류로 구성하고 상기 각 형광물질의 비율을 일정한 비율에 따라 조절함으로서 형광램프의 연색성을 극대화하여 보다 양질의 광을 공급할 수 있는 형광램프를 제공하는데 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본원발명의 구성은,

형광램프의 관 내벽에 도포하기 위한 형광물질을 혼합함에 있어서,

형광물질의 종류를 red(적), blue(청), green(녹), light green(연두), yellow(노랑)의 5파장을 낼 수 있는 5종류의 형광물질로 구성함을 특징으로 한다.

또한 상기 형광물질을 배합함에 있어서 그 배합 비율을 red = 25%, blue = 25%, green = 25%, light green = 12.5%, yellow = 12.5%가 되도록 함을 특징으로 한다.

상기와 같은 형광물질의 수 및 이들의 배합비율은 본 출원인이 오랜 기간동안 연구한 결과를 종합하여 정리한 것으로서, 상기와 같이 5개의 파장을 내는 형광물질을 위와 같은 비율로 배합하여 형광등의 내벽에 도포할 경우 연색성이 가장 크 게 개선됨이 시험 결과 밝혀졌다.

<표2>는 상기와 같은 배합비율을 갖은 형광램프를 <표1>의 실험조건과 동일한 조건하에서 실험한 결과로서 연색지수는 86.9를 기록하고 있다.

<표2>

구분	R1	R2	R3	R4	R5	R6	R7	R8	R9	R10	R11	R12	R13	R14	Ra
측정값	97	93	67	92	93	81	90	92	76	55	81	67	96	71	86.9

이 때의 측정관련 수치는

색상좌표 : x=0.2801, y=0.2860 / u=0.1908, v=0.2923이고,

상관색온도 Tc : 10,163 ˚K이며,

홍색비 : R=8.170이고,

표고치 파장 : λp = 545nm이며,

반관도 : Δλp = 9.8nm이다.

이는 수치상으로는 불과 3.5의 증가에 지나지 않지만 자연광의 연색지수를 100으로 볼 때, 이 분야에서는 대단히 획기적으로 연색성을 개선한 결과로 평가받을 만한 것이다.

상기 형광물질의 추가 및 배합비율의 변경으로 연색성의 개선 하는 것은 본원 기술의 핵심적인 기술사상이며 이를 구현하는 수단 및 방법은 추가되는 특정한 색상을 발광하는 형광물질의 선택 및 선택된 형광물질의 배합비율이 된다.

여기에서 추가로 선택되는 것은 특정한 색상을 발광하는 형광물질의 선택을 의미하는 것이지 형광물질의 종류 그 자체를 말하는 것이 아님에 주의할 필요가 있다.

즉 본원발명에서는 light green과 yellow색을 발광하는 형광물질의 선택을 말하는 것으로 그러한 형광물질이 무엇이냐를 의미하는 것은 아니다.

삼파장 램프가 연색성의 개선에 일정한 한계를 가지게 되는 것은 삼원색을 발광하는 형광물질이 정확히 빛의 삼원색에 해당하는 파장(색상)만을 내는 것이 아니며 상대적으로 적지만 주변에서 발생하는 다른 파장의 영향을 받기 때문이다.

여기에서 종래의 3파장 형광램프가 갖는 분광분포를 보면 도1과 같다.

도1에서 알 수 있는 바와 같이 삼파장 램프에서는 청, 녹, 적의 기준 파장 490nm, 585nm, 625nm를 중심으로 일정한 영역의 파장을 내게 된다.

이는 정확한 3원광을 얻기가 어려움을 의미한다.

또한 도1에서 알 수 있는 바와 같이 각각의 파장이 갖는 최대 에너지 상대값 은 각기 다르다.

이는 단순한 형광물질의 1/3 배합비율로는 최상의 연색성을 얻기 어려움을 의미한다.

또한 도2는 자연광에 가까운 연색지수 Ra 99인 색평가용 형광램프의 분광에너지의 분포도로서, 자연광의 경우 가시광 전역에 걸쳐서 비교적 편차없이 균일한 밀도를 나타내고 있음을 알 수 있다.

즉 연색성을 중시할 경우 모든 빛의 파장단위별 밀도가 고르게 분포되도록 하는 것이 유리하다.

그러나 이를 위해 여러 종류의 형광물질을 무조건 많이 배합하여 도포하는 것은 램프의 효율을 저하시킬 뿐만 아니라 오히려 색파장의 간섭에 의해 연색성을 저하시키는 문제로 나타난다.

따라서 연색성의 개선을 가능하게 하기 위해서는 특정한 색상을 발광하는 형광물질을 선택하고, 최상의 효과를 낼 수 있는 이들의 배합비율을 발견하는 것이 중요하다. 이는 실험에 의해 얻어지는 결과로서 본 출원인은 반복되는 실험에 의해 상기와 같은 결과(5종류 형광물질의 선택과 그들의 배합비율)를 얻을 수 있었다.

도3은 본원발명에 따른 형광물질의 배합 비율을 red = 25%, blue = 25%, green = 25%, light green = 12.5%, yellow = 12.5%에 의할 경우 실험된 광분포의 검사결과로서 분광분포가 삼파장과 비교해서 현저히 다르게 분포되고 있음을 알 수 있다.

이때 얻어진 최대의 색온도는 548nm 부근에서 10,163 ˚K를 나타내고 있고, 각 광의 에너지 분포가 440nm, 548nm, 614nm 부근에서 집중되어 피크를 이루는 현상을 보이고 있으며, 삼파장에 비해 440nm부터 520nm 부근 까지 비교적 폭넓은 에너지 분포를 보이는 특성을 가지고 있다.

그리고 이러한 배합비율은 위 실험결과 단순히 녹, 적, 청의 3색을 발광하는 형광물질을 1/3로 배합하는 경우보다 훨씬 양호한 연색성을 나타냄을 확인할 수 있다.

여기에서 주의할 것은 앞서 언급한 바와 같이 본원발명은 특정한 색상을 내기 위한 형광물질 그 자체에 있는 것이 아니기 때문에 본원발명에서는 특정한 색을 발광하는 형광물질이라면 그 종류는 선택의 대상일 뿐 그 자체가 중요한 것은 아니라는 점이다.

따라서 본원발명에서는 종래의 삼파장 형광램프에서 red, blue, green의 3색을 발광하기 위해 사용하던 형광물질을 그대로 사용하면 되며, 다만 여기에 yellow와 light green(연두색)의 2색을 발광할 수 있는 형광물질 추가로 구성하기만 하면 된다.

그리고 본원발명에 의한 형광물질의 배합비율은 red를 발광하는 형광물질의 비율을 25%로 하고, blue를 발광하기 위한 형광물질의 비율을 25%로 하며, green을 발광하기 위한 형광물질의 배합비율을 25%로 한 후, 여기에 yellow를 발광하기 위한 형광물질의 배합비율을 12.5%, 그리고 light green(연두색)을 발광하기 위한 형광물질의 배합비율을 12.5%로 구성함으로서 본원발명의 기술적 사상이 구현되게 되는 것이다.

상기와 같이 구성된 본원발명의 오파장 형광램프에 의하면 램프에 의해 발현된 광의 높은 연색성을 가지게 됨에 따라 뛰어난 원색의 연출능력을 보임으로서 실내에서 자연광에 근사한 색상을 직접 접할 수 있는 효과를 얻게 된다.

이로 인해 상품의 진열 등과 같은 용도에서 색의 재현이 분명해 지고 조명의 선명도가 높아져 눈의 피로를 저감시킴으로서 신체의 건강 증진에 긍정적인 기여를 하게 되는 효과가 있다.

Claims (2)

1. 관 내벽에 형광물질을 혼합하여 도포하는 형광램프에 있어서,

   상기 혼합된 형광물질은 red(적), blue(청), green(녹), light green(연두), yellow(노랑)의 5파장을 낼 수 있는 5종류의 형광물질로 구성하고, 상기 형광물질의 배합 비율을 red = 25%, blue = 25%, green = 25%, light green = 12.5%, yellow = 12.5%가 되도록 함을 특징으로 하는 오파장 형광램프.
2. 삭제

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