KR100748529B1

KR100748529B1 - 무전극 조명기기의 고온 운전형 무전극 전구 및 이를구비한 무전극 조명기기

Info

Publication number: KR100748529B1
Application number: KR1020050088975A
Authority: KR
Inventors: 박병주
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2005-09-23
Filing date: 2005-09-23
Publication date: 2007-08-13
Also published as: US7583029B2; CN1937169A; CN1937169B; KR20070034366A; US20070069659A1

Abstract

본 발명은 무전극 조명기기의 고온 운전형 무전극 전구 및 이를 구비한 무전극 조명기기에 관한 것으로서, 발광물질이 봉입되는 공간을 형성하며, 가시광은 투과시키며 적외선은 반사하는 선택투과성 가지는 유리로 형성되는 발광부와; 상기 발광부에서 연장하는 지지부를 포함하여 구성됨으로써, 전구의 고온 운전이 가능해져서 전구의 발광효율이 향상되게 한다.

Description

무전극 조명기기의 고온 운전형 무전극 전구 및 이를 구비한 무전극 조명기기{ELECTRODELESS BULB ABLE TO BE OPERATED AT HIHG TEMPERATURE OF A PLASMA LIGHTING SYSTEM AND PLASMA LIGHTING SYSTEM HAVING THE SAME}

도 1은 종래 무전극 조명기기의 일례를 보인 종단면도이고,

도 2는 종래 무전극 조명기기에서 무전극 전구와 전구모터의 결합상태를 보인 정면도이며,

도 3은 S₃ 필터효과를 설명하기 위한 그래프이고,

도 4a는 본 발명의 일 측면에 따른 무전극 조명기기의 고온 운전형 무전극 전구를 설명하기 위한 개략도이며,

도 4b는 도 4a의 무전극 전구의 작용을 설명하기 위한 개념도이다.

** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **

5' : 전구 5a' : 발광부

5b' : 지지부

본 발명은 마이크로파를 이용한 무전극 조명기기에 관한 것으로, 특히 무전극 전구 내부의 온도를 고온으로 유지할 수 있는 무전극 조명기기의 고온 운전형 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 고주파를 발생시키고 이러한 마이크로파가 전구 내 버퍼가스(buffer gas)를 플라즈마 상태로 만들어서 금속화합물이 빛을 연속적으로 발산하도록 함으로써 전극 없이도 뛰어난 광량의 빛을 제공할 수 있는 조명기기이다.

도 1은 종래 무전극 조명기기의 일례를 보인 종단면도이고, 도 2는 종래 무전극 조명기기에서 무전극 전구와 전구모터의 결합상태를 보인 정면도이며, 도 3은 S₃ 필터효과를 설명하기 위한 그래프이다.

이에 도시한 바와 같이, 무전극 조명기기는 케이싱(1)의 내부에 장착하여 마이크로파를 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 마이크로파를 전달하는 도파관(4)과, 마이크로파 에너지에 의해 봉입물질이 플라즈마화 하면서 빛을 발생하는 무전극 전구(5)와, 도파관(4)과 전구(5)의 앞쪽에 씌워져 마이크로파는 차단하면서 전구(5)에서 발광된 빛은 통과시키는 공진기(6)와, 공진기(6)를 수용하여 전구에서 발생하는 빛을 직진토록 집중 반사하는 반사갓(7)과, 무전극 전구(5) 후방측의 공진기(6) 내부에 장착하여 마이 크로파는 통과하면서 빛은 반사하는 유전체거울(8)과, 케이싱(1)의 일측에 구비하여 마그네트론(2)과 고압발생기를(3) 냉각하는 냉각팬(9)으로 구성하고 있다.

무전극 전구(5)는 소정의 내부체적을 구비하여 석영 재질로 된 구 형상으로 형성하고 그 내부에 플라즈마화 하면서 빛을 발하도록 상기한 발광물질, 예를 들어 이원자황분자(S₂)와 불활성가스 그리고 방전촉매물질과 나트륨 등을 봉입하여 케이싱(1)의 외부에 배치하는 발광부(5a)와, 발광부(5a)에 일체로 연장 형성하여 상기 케이싱(1)의 내부에서 지지하는 지지부(5b)로 이루어져 있다.

지지부(5b)는 속빈 봉 형상으로 된 별도의 연결부재(10)를 이용하여 그 끝단을 전구모터(11)의 회전축(11')에 결합하되, 무전극 전구(5)의 지지부(5b)는 상기한 연결부재(10)에 삽입하여 본딩 결합하는 반면 전구모터(11)의 회전축(11')은 상기한 연결부재(10)에 나사 체결하고 있다.

도면중 미설명 부호인 12는 팬모터이다.

상기와 같은 종래 무전극 조명기기는 다음과 같이 동작한다.

제어부의 지령에 따라 마그네트론(2)은 고압에 의해 발진하면서 매우 높은 주파수를 갖는 마이크로파를 생성하고, 이 마이크로파는 도파관(4)을 통해 공진기(6) 내부로 방사하면서 무전극 전구(5) 내에 봉입된 불활성가스를 여기(exiting)시킨다. 이 과정에서 발광물질이 지속적으로 플라즈마화 하면서 고유한 방출 스펙트럼을 가지는 빛을 발생하고, 이 빛은 반사갓(7)과 유전체거울(8)에 의해 전방으로 반사되면서 공간을 밝힌다. 이때, 전구모터(11)에도 전원이 인가되어 회전축(11') 이 회전을 하면서 무전극 전구(5)를 소정의 속도로 회전시킴으로써 무전극 전구(5)의 발광부(5a)에 전계가 집중되는 것을 방지하는 동시에 발광부(5a) 주변의 기류가 정체되는 것을 방지하여 무전극 전구(5)의 손상을 방지하는 것이었다. 또한 팬모터(12)는 냉각팬(9)을 회전시켜 유입되는 공기를 통하여 마그네트론(2)과 고압발생기를(3) 냉각한다.

이러한 무전극 조명기기에 있어서, 도 3에 도시된 바와 같이, 발광부(5a)에 봉입된 이원자 황분자(S₂)는 발광부(5a)의 전체에 고르게 분포하지만, 삼원자 황분자(S₃)는 발광부(5a)의 내벽 주위에서 그 밀도가 크게 증가한다. 이러한 삼원자 황분자는 암갈색의 물질로서 빛을 차단하는 필터와 같은 작용을 하게 된다. 이를 S₃ 필터효과라 한다(Transport and equilibrium in molecular plasmas: the sulfur lamp, C.W. Johnston, 2003, 59P). 이러한 S₃ 필터효과는 결과적으로 발광부(5a)의 발광 효율을 떨어뜨리게 되므로, 이를 완화해야 할 필요성이 제기되고 있다.

또한, 발광부(5a)로 사용되고 있는 석영은 고가의 유리이므로 이를 석영 이상의 기능을 발휘하면서도 보다 경제적인 재료로 대체해야 할 필요성도 제기되고 있다.

상기와 같은 필요성을 감안하여 안출한 것으로, 본 발명은 고온 운전이 가능하여 발광효율이 향상된 무전극 조명기기의 고온 운전형 무전극 전구를 제공함을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 저가의 재료로서 형성되면서도 종래의 전구 이상의 내열성을 가져서 고온 운전이 가능한 무전극 조명기기의 고온 운전형 무전극 전구를 제공함을 목적으로 한다.

나아가, 본 발명은 위와 같은 고온 운전형 무전극 전구를 채택하여 발광 효율 및 경제성이 향상된 고온 운전형 무전극 전구를 구비한 무전극 조명기기를 제공함을 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따른 무전극 조명기기의 고온 운전형 무전극 전구는 발광물질이 봉입되는 공간을 형성하며, 가시광은 투과시키며 적외선은 반사하는 선택투과성 가지는 유리로 형성되는 발광부와; 상기 발광부에서 연장하는 지지부를 포함하여 이루어진다.

본 발명의 다른 측면에 따른 무전극 조명기기의 고온 운전형 무전극 전구는 발광물질이 봉입되는 공간을 형성하며, 가시광은 투과시키며 적외선은 반사하는 붕규산유리로 형성되는 발광부와; 상기 발광부에서 연장하는 지지부를 포함하여 이루어진다.

본 발명의 또 다른 측면에 따른 고온 운전형 무전극 전구를 구비한 무전극 조명기기는 마이크로파를 생성하는 마그네트론과; 상기 마그네트론에서 생성된 마이크로파를 전달받아 내부에 봉입된 발광물질이 플라즈마화 하면서 빛을 발생하는 위와 같은 무전극 전구와; 상기 무전극 전구를 감싸도록 씌워져 마이크로파는 차단하면서 빛은 통과시키는 공진기를 포함하여 이루어진다.

이하, 본 발명에 따른 무전극 조명기기의 고온 운전형 무전극 전구 및 이를 구비한 무전극 조명기기에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 다만, 도 1 및 도 2에 도시된 구성과 동일한 구성에 대해서는 도시 및 설명을 생략한다.

먼저, 본 발명의 일 측면에 따른 무전극 조명기기의 고온 운전형 무전극 전구의 바람직한 일 실시예에 대하여 살펴본다.

도 4a는 본 발명의 일 측면에 따른 무전극 조명기기의 고온 운전형 무전극 전구를 설명하기 위한 개략도이고, 도 4b는 도 4a의 무전극 전구의 작용을 설명하기 위한 개념도이다.

본 발명에 따른 고온 운전형 무전극 전구(5')는 이원자 황분자와 같은 발광물질이 봉입되도록 일정한 내부 공간을 형성하는 외피(5a")에 의해 형성되는 발광부(5a')와, 그러한 발광부(5a')의 외피(5a")에 일단이 연결되며 타단은 전구모터(11)의 회전축(11')에 결합되는 지지부(5b')로 구성된다.

여기서, 외피(5a")는 발광물질이 여기되는 과정에서 발생한 가시광은 효과적으로 투과시키면서 그러한 여기 과정에서 발생하는 적외선은 투과시키기 않고 반사키는 선택투과성을 가지는 유리로 형성된다. 이러한 유리로서, 예를 들어, 저방사율 유리(Low Emissivity Glass)가 사용된다.

외피(5a")가 저방사율유리로 형성되면, 발광물질이 여기되는 과정에서 발생한 가시광은 무전극 전구(5')를 효과적으로 투과하여 전구(5')의 발광효율이 향상된다. 더불어, 외피(5a")를 투과하지 못하고 반사된 적외선은 발광부(5a')의 온도를 고온으로 유지시킨다. 이렇게 발광부(5a')의 온도가 고온으로 유지됨으로 인하 여 발광물질의 여기는 원활하게 이루어지게 되고, 그에 따라 전구(5')의 발광효율이 향상된다.

또한, 발광부(5a')의 온도가 고온으로 유지됨으로 인하여 삼원자 황분자가 이원자 황분자로 분해된다. 그에 따라 삼원자 황분자의 비율이 낮아지면서 S₃ 필터효과가 개선된다. 그에 따라 외피(5a")를 투과하는 가시광을 차단하는 요소가 줄어듦에 따라 역시 전구(5')의 발광효율이 개선되는 이점이 있다.

나아가, 발광부(5a')의 외피(5a")에 의해 적외선 방출이 저감됨으로 인하여, 전구(5')를 둘러싸도록 배치되는 공진기(6)는 적외선에 덜 노출되게 된다. 그에 따라 공진기(6)가 고온으로 변형되는 등의 경우가 완화되어 공진기(6)의 신뢰성이 향상되는 이점도 있다.

다음으로, 본 발명의 다른 측면에 따른 무전극 조명기기의 고온 운전형 무전극 전구의 바람직한 일 실시예에 대하여 살펴보면 다음과 같다. 여기서는 기본 구성이 동일한 도 4a를 참조하여 설명한다.

여기서, 발광부(5a')를 형성하는 외피(5a")는 붕규산유리로 형성된다. 붕규산유리는 규산분 이외에 산성성분으로서 산화붕소 B₂O₃를 함유하고 있는 유리이다. 이러한 붕규산유리로는, 예를 들어, 파이렉스나 알루미나유리 등이 있다.

파이렉스는 미국 뉴욕주의 원 리버프론트 플라자(One Riverfront Plaza)에 본사를 두고 있는 코닝사(社)가 1915년에 개발한 특수 유리로서, 규산분 80% 정도에 붕산분이 약 14% 포함된 대표적인 붕규산유리이다. 파이렉스는 높은 내열충격성과 화학적 내구성, 낮은 열팽창률을 특징으로 한다. 보통 유리는 1,400∼1,500℃에서 유리화하지만, 이 종류의 붕규산유리는 1,600℃에 가까운 온도가 아니면 유리화하지 않는다. 이 온도는 도가니의 내화도(耐火度)의 한계에 가까운 온도이므로, 용해기술은 매우 어렵다. 파이렉스는 석영유리보다도 대량생산하는 데 적합하여 저렴하고 성형성이 우수한 이점이 있다.

발광부(5a')의 외피(5a")가 내열성이 좋은 붕규산유리로 형성됨으로 인하여 전구(5')를 고온으로 운전하는 것이 가능해진다. 그에 따라 삼원자 황분자가 이원잔 황분자로 분해되어 삼원자 황분자의 비율이 낮아지면서 S₃ 필터효과가 개선된다. 또한 고온 운전으로 인하여 이원자 황분자의 여기도 활발하게 이루어짐으로 인하여 전구(5')의 발광효율 또한 개선된다.

나아가, 붕규산유리는 종래의 석영유리 보다 대량 생산이 가능하여 저가이므로, 전구(5')의 제조를 위한 비용을 절감할 수 있어 경제적인 이점이 있다.

마지막으로, 본 발명의 또 다른 측면에 따른 고온 운전형 무전극 전구를 구비한 무전극 조명기기의 바람직한 일 실시예에 대하여 설명한다. 여기서는 앞선 도면들에 도시된 사항을 원용하여 설명한다.

본 발명에 따른 고온 운전형 무전극 전구를 구비한 무전극 조명기기는 케이싱(1)의 내부에 장착하여 마이크로파를 생성하는 마그네트론(2)과, 마그네트론(2)에서 생성된 마이크로파를 도파관(4)을 통하여 전달받아 발광부(5a')의 외피(5a") 내부에 봉입된 발광물질이 플라즈마화 하면서 빛을 발생하는 무전극 전구(5')와, 무전극 전구(5')를 감싸도록 씌워져 마이크로파는 차단하면서 빛은 통과시키는 공진기(6)를 포함하여 구성된다.

여기서, 발광부(5a')의 외피(5a")는 앞서 설명한 바와 같이 저방사율유리나 붕규산유리로 형성된다.

본 발명에 따른 무전극 조명기기는 다음과 같이 동작한다.

제어부의 지령에 따라 마그네트론(2)은 고압에 의해 발진하면서 매우 높은 주파수를 갖는 마이크로파를 생성하고, 이 마이크로파는 도파관(4)을 통해 공진기(6) 내부로 방사하면서 무전극 전구(5') 내에 봉입된 불활성가스를 여기(exiting)시킨다.

이러한 여기 과정에서 발광물질이 지속적으로 플라즈마화 하면서 고유한 방출 스펙트럼을 가지는 빛을 발생하고, 이 빛은 반사갓(7)과 유전체거울(8)에 의해 전방으로 반사되면서 공간을 밝힌다.

이때, 발광부(5a')의 외피(5a")는 저방사율유리나 붕규산유리로 형성됨으로 인하여, 발광부(5a')를 고온에서 운전할 수 있게 한다.

그에 따라, 발광부(5a')에서의 S₃ 필터효과를 개선할 수 있음과 동시에 전구 (5')의 발광효율을 개선할 수 있게 된다. 또한, 붕규산유리는 종래의 석영유리보다 저렴하여 무전극 조명기기 전체의 제조비용을 절감할 수 있도록 하는 이점이 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 무전극 조명기긱의 고온 운전형 무전극 전구의 외피는 저방사율 유리나 붕규산유리로 형성됨으로 인하여 고온 운전을 가능하게 하고, 그에 따라 전구의 발광효율을 향상시킨다.

또한, 붕규산유리는 종래의 석영유리에 비하여 대량생산이 가능하고 성형성이 좋아 전구의 제작비용을 절감할 수 있게 하고 제작 과정도 용이하게 한다.

나아가, 본 발명에 따른 고온 운전형 무전극 조명기기는 위와 같은 전구를 사용함으로 인하여 전체적인 제작비용이 감소함과 동시에 발광효율이 향상되는 등의 효과를 가진다.

Claims

발광물질이 봉입되는 공간을 형성하며, 가시광은 투과시키며 적외선은 반사하는 선택투과성 가지는 유리로 형성되는 발광부와;

상기 발광부에서 연장하는 지지부를 포함하여 이루어지는 무전극 조명기기의 고온 운전형 무전극 전구.
제1항에 있어서,

상기 발광부는 가시광은 투과시키며 적외선은 반사하는 저방사율 유리로 형성되는 것을 특징으로 하는 무전극 조명기기의 고온 운전형 무전극 전구.
발광물질이 봉입되는 공간을 형성하며, 가시광은 투과시키며 적외선은 반사하는 붕규산유리로 형성되는 발광부와;

상기 발광부에서 연장하는 지지부를 포함하여 이루어지는 무전극 조명기기의 고온 운전형 무전극 전구.
마이크로파를 생성하는 마그네트론과;

상기 마그네트론에서 생성된 마이크로파를 전달받아 내부에 봉입된 발광물질이 플라즈마화 하면서 빛을 발생하는 제1항 내지 제3항 중 어느 하나에 따른 무전극 전구와;

상기 무전극 전구를 감싸도록 씌워져 마이크로파는 차단하면서 빛은 통과시 키는 공진기를 포함하여 이루어지는 고온 운전형 무전극 전구를 구비한 무전극 조명기기.