KR100724456B1 - 무전극 전구 및 이를 이용한 무전극 조명기기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 무전극 전구 및 이를 이용한 무전극 조명기기에 관한 것으로, 내부체적에 플라즈마화 하면서 빛을 발하도록 발광물질을 봉입하여서 된 발광부와, 발광부에서 일체로 연장하여 봉형상으로 형성하는 지지부를 포함하는 무전극 전구에 있어서, 발광부의 외부에 소정의 내부체적을 가지는 가스수용부를 형성하고, 그 가스수용부에 점등보조물질을 충전함으로써, 혼합가스의 점등효율을 높일 수 있을 뿐만 아니라 Ne에서 발생하는 UV에너지를 이용하여 발광부의 혼합가스가 보다 신속하게 점등될 수 있도록 하고 이를 통해 수은 등 환경오염물질을 배제한 환경 친화적인 조명기기를 제공할 수 있다.

Description

무전극 전구 및 이를 이용한 무전극 조명기기{PLASMA LIGHTING BULB AND PLASMA LIGHTING SYSTEM WITH THIS}

도 1은 종래 무전극 전구를 구비한 무전극 조명기기의 일례를 보인 종단면도,

도 2는 본 발명 무전극 전구를 구비한 무전극 조명기기의 일례를 보인 종단면도,

도 3은 도 2의 "A"부를 상세히 보인 확대도,

도 4는 본 발명 무전극 전구의 변형예를 보인 종단면도.

** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **

8 : 유전체거울 8a : 전구관통공

10 : 무전극 전구 11 : 발광부

11a : 가스수용부 12 :지지부

12a : 가스수용부

본 발명은 전자파를 이용한 무전극 조명기기에 관한 것으로, 특히 무전극 전 구의 발광부 주변에 혼합가스를 수용하는 가스수용부를 더 형성하여 초기점등을 촉진하도록 하는 무전극 전구 및 이를 구비한 무전극 조명기기에 관한 것이다.

일반적으로 무전극 조명기기(PLS : Plasma Lighting System)는 전자레인지에 주로 사용되고 있는 고주파 발진기(마그네트론)을 이용하여 그 고주파 발진기에서 발생하는 전자파가 무전극 전구내 버퍼가스(buffer gas)를 플라즈마 상태로 만들면서 금속화합물이 빛을 연속적으로 발산하도록 함으로써 전극 없이도 뛰어난 광량의 빛을 제공할 수 있는 기기이다.

이러한 무전극 조명기기의 무전극 전구에는 통상 작동 중 플라즈마를 형성하여 발광을 주도하는 금속, 할로겐족 화합물, 황 또는 셀런 등과 같은 발광물질과, 발광초기에 발광부 내부에 플라즈마를 형성하기 위한 아르곤(Ar), 제논(Xe), 크립톤(Kr) 등의 불활성가스와, 그리고 수은과 같이 초기 방전을 도와 점등을 용이하게 하거나 발생되는 빛의 스펙트럼 등을 조절하기 위한 방전촉매물질을 함께 봉입하고 있다.

도 1은 종래 무전극 조명기기의 일례를 보인 종단면도이다.

이에 도시한 바와 같이 종래의 무전극 조명기기는, 케이싱(1)의 내부에 장착하여 전자파를 생성하는 마그네트론(2)과, 마그네트론(2)에 상용 교류전원을 고압으로 승압하여 공급하는 고압발생기(3)와, 마그네트론(2)의 출구부에 연통하여 그 마그네트론(2)에서 생성한 전자파를 전달하는 도파관(4)과, 발광물질과 불활성가스 그리고 방전촉매물질을 함께 봉입하여 전자파 에너지에 의해 봉입한 발광물질이 플라즈마화 하면서 빛을 발생하는 무전극 전구(5)와, 도파관(4)과 무전극 전구(5)의 앞쪽에 씌워져 전자파를 소정의 공진주파수로 공진하면서 전자파는 차단하는 반면 상기 무전극 전구(5)에서 발광된 빛은 통과시키는 공진기(6)와, 공진기(6)를 수용하여 무전극 전구에서 발생하는 빛을 직진토록 집중 반사하는 반사갓(7)과, 무전극 전구(5)의 후방측에 위치하도록 공진기(6)의 내부에 장착하여 도파관을 통해 공급되는 전자파는 통과시키면서 무전극 전구에서 발생하는 빛은 반사하는 유전체거울(8)과, 케이싱(1)의 일측에 구비하여 마그네트론(2)과 고압발생기(3)를 냉각하는 냉각팬(9)으로 구성하고 있다.

무전극 전구(5)는 소정의 내부체적을 구비하여 석영재질로 된 구 형상으로 형성하고 그 내부체적에 플라즈마화 하면서 빛을 발하도록 상기한 발광물질과 불활성가스 그리고 방전촉매물질 등을 봉입하여 케이싱의 외부에 배치하는 발광부(5a)와, 발광부(5a)에 일체로 연장 형성하고 상기한 유전체거울(8)을 관통하여 케이싱(1)의 내부에서 지지하는 지지부(5b)로 이루어져 있다.

도면중 미설명 부호인 M1은 무전극 전구를 회전시키는 전구모터, M2는 냉각팬을 회전시키는 팬모터이다.

상기와 같은 종래 무전극 조명기기는 다음과 같이 동작한다.

즉, 제어부의 지령에 따라 고압발생기(3)에 구동 신호를 입력하면, 고압발생기(3)는 교류 전원을 승압하여 승압된 고압을 마그네트론(2)에 공급하고, 마그네트론(2)은 고압에 의해 발진하면서 매우 높은 주파수를 갖는 전자파를 생성한다. 이 전자파는 도파관(4)을 통해 공진기(6) 내부로 방사하면서 무전극 전구(5) 내에 봉입된 불활성가스를 여기(exciting)시켜 발광물질이 지속적으로 플라즈마화 하면서 고유한 방출 스펙트럼을 가지는 빛을 발생하고, 이 빛은 반사갓(7)과 유전체거울(8)에 의해 전방으로 반사되면서 공간을 밝히는 것이었다.

그러나, 상기와 같은 종래 무전극 조명기기의 무전극 전구에 있어서는, 전술한 바와 같이 초기 방전을 용이하도록 전구에 수은 등의 방전촉매물질을 첨가하고 있으나, 수은이 환경오염물질이라는 인식이 확산되면서 최근에는 수은의 사용을 배제하려는 노력이 진행되고 있다. 하지만 무전극 전구(5)에 봉입하는 물질 중에서 수은을 배제하는 경우 발광물질의 초기방전이 지연되면서 조명기기의 신뢰성이 저하되는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래 무전극 전구가 가지는 문제점을 감안하여 안출한 것으로, 수은 등의 환경오염물질을 배제하면서도 초기 방전이 용이한 무전극 전구 및 이를 구비한 무전극 조명기기를 제공하려는데 본 발명의 목적이 있다.

본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 내부체적에 플라즈마화 하면서 빛을 발하도록 발광물질을 봉입하여서 된 발광부; 상기 발광부에서 일체로 연장 형성하는 지지부; 및 상기 발광부의 외부에 내부체적을 가지도록 형성하고 그 내부체적에 점등보조물질을 충전하는 가스수용부;를 포함한 무전극 전구를 제공한다.

또, 케이싱의 내부에 장착하여 전자파를 생성하는 마그네트론과, 상기 마그네트론의 출구부에 연통하여 그 마그네트론에서 생성한 전자파를 전달하는 도파관과, 발광물질을 봉입하여 전자파 에너지에 의해 상기 발광물질이 플라즈마화 하면서 빛을 발생하는 무전극 전구와, 무전극 전구의 발광부를 수용하여 도파관을 통해 전달되는 전자파를 소정의 공진주파수로 공진시키는 공진기와, 무전극 전구의 일측에 위치하도록 상기 공진기의 내부에 장착하여 도파관을 통해 공급되는 전자파는 통과시키면서 무전극 전구의 발광부에서 발생하는 빛은 전방으로 반사하는 유전체거울을 포함한 무전극 전구를 구비한 무전극 조명기기에 있어서, 상기 무전극 전구는 내부체적을 가지도록 투명재질로 형성하고 그 내부체적에 플라즈마화 하면서 빛을 발하도록 발광물질을 봉입하는 발광부와, 상기 발광부에서 일체로 연장 형성하고 상기 유전체거울의 중심부를 통과하여 상기 케이싱의 내부에서 지지되는 지지부와, 상기 지지부의 내부에 점등보조물질을 봉입하도록 내부체적을 가지는 가스수용부로 이루어진 무전극 조명기기를 제공한다.

이하, 본 발명에 의한 무전극 전구 및 이를 구비한 무전극 조명기기를 첨부도면에 도시한 일실시예에 의거하여 상세하게 설명한다.

도 2는 본 발명 무전극 전구를 구비한 무전극 조명기기의 일례를 보인 종단면도이고, 도 3은 도 2의 "A"부를 상세히 보인 확대도이며, 도 4는 본 발명 무전극 전구의 변형예를 보인 종단면도이다.

이에 도시한 바와 같이 본 발명에 의한 무전극 전구를 구비한 무전극 조명기기는, 케이싱(1)의 내부에 장착하여 전자파를 생성하는 마그네트론(2)과, 마그네트론(2)의 출구부에 연통하여 그 마그네트론(2)에서 생성한 전자파를 전달하는 도파관(4)과, Ne과 Ar을 혼합한 혼합가스를 봉입하여 전자파 에너지에 의해 혼합가스가 플라즈마화 하면서 빛을 발생하는 무전극 전구(10)와, 도파관(4)과 무전극 전구(10)의 앞쪽에 씌워져 전자파를 소정의 공진주파수로 공진시키면서 전자파는 차단하는 반면 상기 무전극 전구(10)에서 발광된 빛은 통과시키는 공진기(6)와, 공진기(6)를 수용하여 무전극 전구에서 발생하는 빛을 직진토록 집중 반사하는 반사갓(7)과, 무전극 전구(10)의 후방측에 위치하도록 공진기(6)의 내부에 장착하여 상기 도파관(4)을 통해 공급되는 전자파는 통과시키면서 무전극 전구(10)에서 발생하는 빛은 반사하는 유전체거울(8)과, 케이싱(1)의 일측에 구비하여 마그네트론(2)과 고압발생기(3)를 냉각하는 냉각팬(9)을 포함한다.

무전극 전구(10)는 케이싱(1)의 외부에 배치하여 빛을 발생하는 발광부(11)와, 발광부(11)에 일체로 연장 형성하여 케이싱(1)의 내부에서 지지하는 지지부(12)로 이루어진다.

발광부(11)는 주로 석영(Quartz) 등과 같이 광투과율이 높고 유전손실이 극히 적은 재질을 구형 또는 원통형으로 형성하고, 그 내부에 수은과 같은 방전촉매물질을 제외한 Ne과 Ar을 혼합한 혼합가스를 충전하여 이루어진다. 여기서 Ne과 Ar의 혼합비율은 Ne이 30~50% 정도로 혼합되도록 하는 것이 발광효율을 높일 수 있어 바람직하다.

또, 도 4에서와 같이 발광부(11)의 외주면에는 점등보조물질, 예컨대 Ne의 혼합비가 30~50% 정도를 유지하는 Ne과 Ar의 혼합가스를 충전하도록 가스수용부(11a)를 형성하되, 이 가스수용부(11a)의 내부체적은 발광부(11)의 내부체적 보다 현저하게 작게 형성하는 것이 바람직하다.

여기서, 발광부(11)에는 통상의 봉입물질, 예컨대 발광을 주도하는 할로겐족 화합물이나 황 또는 셀런 등과 같은 발광물질과, 발광초기에 발광부 내부에 플라즈마를 형성하기 위한 아르곤(Ar), 제논(Xe), 크립톤(Kr) 등의 불활성가스를 봉입할 수도 있다.

지지부(12)는 발광부(11)에 일체로 연장 형성하여 봉형상으로 형성하고, 그 내부에 상기한 Ne과 Ar을 혼합(Ne의 혼합비가 30~50%)한 점등보조물질을 충전하도록 소정의 내부체적을 가지는 가스수용부(12a)를 밀봉형상으로 형성하여 이루어진다.

또, 도 3에서와 같이 지지부(12)는 유전체거울(8)의 전구관통공(8a)을 통과하되, 그 지지부(12)의 가스수용부(12a)는 유전체거울(8)의 두께(t)를 모두 수용할 수 있는 길이(L)로 형성하는 것이 전계의 집중도를 높일 수 있어 바람직하다.

도면중 종래와 동일한 부분에 대하여는 동일한 부호를 부여하였다.

상기와 같은 본 발명 무전극 조명기기는 다음과 같은 작용 효과가 있다.

즉, 제어부의 지령에 따라 마그네트론(2)이 발진하면서 매우 높은 주파수를 갖는 전자파를 생성한다. 이 전자파는 도파관(4)을 통해 공진기(6) 내부로 방사되어 강한 전계를 형성하면서 무전극 전구(10) 내에 Ne과 Ar을 혼합한 혼합가스를 봉입한 경우에는 그 혼합가스를 여기(exciting)시켜 지속적으로 플라즈마화 되면서 고유한 방출 스펙트럼을 가지는 빛을 발생하도록 하는 반면 발광부(11)에 발광물질과 불활성가스를 봉입한 경우에는 그 봉입된 불활성가스를 여기(exciting)시켜 발광물질이 지속적으로 플라즈마화 하면서 고유한 방출 스펙트럼을 가지는 빛을 발생한다. 이 빛은 반사갓(7)과 유전체거울(8)에 의해 전방으로 반사되면서 공간을 밝힌다.

이때, 무전극 전구(10)의 발광부(11) 내부에 Ar과 함께 Ne은 혼합한 경우에는 Ne과 Ar의 원자 발생가능성을 높여 그 Ne에 의해 발생되는 UV 에너지를 활용하면서 점등효율을 높일 수 있다.

한편, 유전체거울(8)의 전구관통공(8a)에 형성되는 전계를 이용하여 지지부(12)의 가스수용부(12a)에 충전한 Ne에 의해서도 UV에너지가 발생하면서 발광부(11)의 점등을 용이하게 하므로 발광부(11)의 점등시간을 단축할 수 있다. 또, 발광부(11)의 외주면에 구비한 가스수용부(11a)에도 Ne이 봉입되어 공진기 내부에 형성되는 전계에 의해 상기 Ne이 UV에너지를 발생하면서 발광부(11)의 점등을 용이하게 하므로 발광부(11)의 점등시간을 더욱 단축할 수 있다.

이렇게 하여, 수은을 사용하지 않고도 초기 점등이나 재점등을 신속하게 하여 광효율이 높으면서도 환경 친화적인 조명기기를 제공할 수 있다.

본 발명에 의한 무전극 전구 및 이를 구비한 무전극 조명기기는, 무전극 전구의 발광부에 Ne을 포함한 혼합가스를 봉입함과 아울러 그 Ne을 포함한 점등보조물질을 봉입하는 가스수용부를 구비함으로써, 혼합가스의 점등효율을 높일 수 있을 뿐만 아니라 Ne에서 발생하는 UV에너지를 이용하여 발광부의 혼합가스가 보다 신속하게 점등될 수 있도록 하고 이를 통해 수은 등 환경오염물질을 배제한 환경 친화적인 조명기기를 제공할 수 있다.

Claims (14)

1. 내부체적에 플라즈마화 하면서 빛을 발하도록 발광물질을 봉입하여서 된 발광부;

   상기 발광부에서 일체로 연장 형성하는 지지부; 및

   상기 발광부의 외부에 내부체적을 가지도록 형성하고 그 내부체적에 점등보조물질을 충전하는 가스수용부;를 포함한 무전극 전구.
2. 제1항에 있어서,

   상기 발광부에는 네온(Ne)과 아르곤(Ar)을 혼합한 혼합가스를 봉입하여서 된 것을 특징으로 하는 무전극 전구.
3. 제1항에 있어서,

   상기 발광부에는 할로겐족 화합물이나 황 또는 셀런 등의 발광물질과, 아르곤(Ar)이나 제논(Xe) 또는 크립톤(Kr) 등의 불활성가스를 봉입하여서 된 것을 특징으로 하는 무전극 전구.
4. 제2항 또는 제3항에 있어서,

   상기 점등보조물질은 Ne을 포함하는 것을 특징으로 하는 무전극 전구.
5. 제4항에 있어서,

   상기 점등보조물질은 Ne과 Ar을 혼합하여서 된 것을 특징으로 하는 무전극 전구.
6. 제5항에 있어서,

   상기 혼합가스와 점등보조물질은 Ne이 30~50%의 비율로 혼합한 것을 특징으로 하는 무전극 전구.
7. 케이싱의 내부에 장착하여 전자파를 생성하는 마그네트론과, 상기 마그네트론의 출구부에 연통하여 그 마그네트론에서 생성한 전자파를 전달하는 도파관과, 발광물질을 봉입하여 전자파 에너지에 의해 상기 발광물질이 플라즈마화 하면서 빛을 발생하는 무전극 전구와, 무전극 전구의 발광부를 수용하여 도파관을 통해 전달되는 전자파를 소정의 공진주파수로 공진시키는 공진기와, 무전극 전구의 일측에 위치하도록 상기 공진기의 내부에 장착하여 도파관을 통해 공급되는 전자파는 통과시키면서 무전극 전구의 발광부에서 발생하는 빛은 전방으로 반사하는 유전체거울을 포함한 무전극 전구를 구비한 무전극 조명기기에 있어서,

   상기 무전극 전구는 내부체적을 가지도록 투명재질로 형성하고 그 내부체적에 플라즈마화 하면서 빛을 발하도록 발광물질을 봉입하는 발광부와, 상기 발광부에서 일체로 연장 형성하고 상기 유전체거울의 중심부를 통과하여 상기 케이싱의 내부에서 지지되는 지지부와, 상기 지지부의 내부에 점등보조물질을 봉입하도록 내부체적을 가지는 가스수용부로 이루어진 무전극 조명기기.
8. 제7항에 있어서,

   상기 가스수용부는 유전체거울의 두께와 중첩되는 길이를 가지도록 형성하는 것을 특징으로 하는 무전극 조명기기.
9. 제8항에 있어서,

   상기 발광부의 외주면에 내부체적을 가지는 가스수용부를 형성하고, 그 가스수용부에 점등보조물질을 충전하여서 된 것을 특징으로 하는 무전극 조명기기.
10. 제9항에 있어서,

    상기 발광부에는 Ne과 Ar을 혼합한 혼합가스를 봉입하여서 된 것을 특징으로 하는 무전극 조명기기.
11. 제9항에 있어서,

    상기 발광부에는 할로겐족 화합물이나 황 또는 셀런 등과 같은 발광물질과, Ar이나 Xe 또는 Kr 등의 불활성가스를 봉입하여서 된 것을 특징으로 하는 무전극 조명기기.
12. 제10항 또는 제11항에 있어서,

    상기 점등보조물질은 Ne을 포함하는 것을 특징으로 하는 무전극 전구를 구비한 무전극 조명기기.
13. 제12항에 있어서,

    상기 점등보조물질은 Ne과 Ar을 혼합하여서 된 것을 특징으로 하는 무전극 전구를 구비한 무전극 조명기기.
14. 제13항에 있어서,

    상기 혼합가스와 점등보조물질은 Ne을 30~50%의 비율로 혼합한 것을 특징으로 하는 무전극 조명기기.

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