KR100802665B1

KR100802665B1 - 저압 가스 방전 램프 및 액정 디스플레이의 백라이팅용 장치

Info

Publication number: KR100802665B1
Application number: KR1020010014496A
Authority: KR
Inventors: 크라우스알브레흐트; 라운젠베르거베른드; 그로엔빌헬름알베르트; 단네르트호르스트
Original assignee: 코닌클리즈케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이.
Priority date: 2000-03-24
Filing date: 2001-03-21
Publication date: 2008-02-12
Also published as: CN1319876A; US7098598B2; JP2001291492A; CN1201374C; EP1137050A1; US6858985B2; US20010024090A1; KR20010093057A; TW554376B; US20050029947A1; DE10014407A1

Abstract

본 발명은 적어도 하나의 방전관과 적어도 두개의 용량성 커플링-인 구조물을 포함하며, 동작 주파수 f에서 동작하는 저압 가스 방전 램프에 관한 것이다. 저압 가스 방전 램프에 대해, 작은 구조물 용적, 고 광속, 저 동작 전압, 저 전자기 방출, 스위칭 천이에 대한 고 저항성 및 긴 서비스 수명과 관련하여 양호한 효율을 성취하기 위해, 두께 d 및 유전상수 ε을 갖는 적어도 하나의 유전체로부터 각각의 용량성 커플링-인 구조물을 형성하는 것이 제안되며, 각 유전체는 d/(f·ε)＜10^-8㎝·s인 조건을 갖는다. 이와 같이 해서, 램프 길이당 사실상 더욱 큰 광량(lumen/㎝)이 발생될 수 있다.

Description

저압 가스 방전 램프 및 액정 디스플레이의 백라이팅용 장치{LOW-PRESSURE GAS DISCHARGE LAMP}

도 1은 본 발명에 따른 가스 방전 램프의 실행가능한 실시예 1을 도시한 도면,

도 2는 유전체 커플링-인 구조물의 개략적인 단면도,

도 3은 공통의 구동 회로를 갖는 복수의 램프의 병렬 배열을 도시한 도면,

도 4는 본 발명에 따른 가스 방전 램프의 실행가능한 다른 실시예를 도시한 도면,

도 5는 액정 디스플레이의 백라이팅용 장치를 개략적으로 도시한 도면,

도 6은 액정 디스플레이의 백라이팅용 장치의 다른 실시예를 개략적으로 도시한 도면,

도 7은 액정 디스플레이의 백라이팅용 장치의 또 다른 실시예를 개략적으로 도시한 도면,

도 8은 산화 세라믹의 유전상수 ε의 변동을 온도의 함수로서 도시한 도면.

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1 : 방전관 2 : 용량성 커플링-인 구조물

3 : 유전체 캡 4 : 전기적 접촉부

5, 12 : 구동 회로 6 : 제 1 유전층

7 : 제 2 유전층 8 : 금속물

9 : 코일 10 : 저압 가스 방전 램프

11 : 반사기 13, 16 : 광 도체

14 : 산광기 15 : 반사형 편광 필터

본 발명은, 적어도 하나의 방전관과 적어도 두개의 용량성 커플링-인 구조물을 포함하며 소정의 동작 주파수 f에서 동작하는 저압 가스 방전 램프에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 액정 디스플레이의 백라이팅용 장치에 관한 것으로, 적어도 하나의 본 발명에 따른 저압 가스 방전 램프가 광원으로서 기능하며 백라이팅을 생성하기 위한 광학 시스템이 제공된다.

공지된 가스 방전 램프는 가스 방전이 발생하는, 충진 가스를 포함하는 관과, 방전관내에 봉인된 통상 두개의 금속 전극으로 구성된다. 전극은 방전을 위해 전자를 공급하며, 이 전자는 계속해서 제 2 전극을 통해 외부 전류 회로에 인가된다. 이러한 전자의 제공은 일반적으로 열전자 방출(열 전극)을 통해 이루어지지만, 그와 달리 강전계에서의 방출에 의해 또는 직접적으로 이온 충격(이온 유도형 2차 방출)(냉 전극)을 통해 발생될 수도 있다. 유도성 모드 동작시에, 전하 캐리어는 고주파수(저압 가스 방전 램프의 경우에 통상 1㎒보다 높음)의 전자기 교류 필드에 의해 가스 용적내에서 직접 발생된다. 전자는 방전관내에서 폐쇄된 경로를 따라 진행하는데, 통상의 전극은 이러한 동작 모드에서 제공되지 않는다. 용량성 모드 동작시에, 용량성 커플링-인 구조물이 전극으로서 사용된다. 이들 전극은 통상 절연체(유전 재료)가 되도록 구현되는데, 한쪽은 가스 방전과 접촉하고 다른쪽은 외부 전류 회로에 전기도전적으로 접속(예컨대, 금속 접촉에 의해)된다. 교류 전압이 용량성 전극에 인가되면, 교류 전계가 방전관내에 형성되며 전하 캐리어는 상기 교류 전계의 선형 전계상에서 이동한다. 고주파수 범위(f＞10 ㎒)에서, 용량성 램프는 유도성 램프와 유사한데, 그 이유는 이러한 범위에서 전하 캐리어는 또한 전체 가스 용적내에서 발생되기 때문이다. 유전체 전극의 표면 특성은 이 경우(소위 α 방전 모드)에 그다지 중요하지 않다. 저 주파수에서 용량성 램프의 동작 모드는 변화하며, 방전에 중요한 전자는 최초에 유전체 전극의 표면에서 방출되어, 방전을 유지하도록 소위 캐소드 하강 영역(cathode drop region)에서 증가되어야 한다. 결과적으로, 이 때 유전 재료의 방출 동작은 램프의 기능(소위 γ 방전 모드)을 결정한다. 캐소드 하강 영역에 축적되는 파워는 광 발생에 이용할 수 없으며, 결과적으로 램프의 효율(lumen/Watt)을 감소시킨다.

다수의 장치에 있어서, 작은 직경(5㎜ 미만)이면서 가능한한 단위 램프 길이당 높은 광속(lumen/㎝)의 형광 램프를 이용하는 것이 유리하다. 더욱이, 대부분의 응용 분야는 램프에 대해 스위칭 천이에 대해 고 저항을 요구한다. 이것은 액정 디스플레이의 백라이팅(LCD 백라이트)용 가스 방전 램프의 사용에 대해서는 특히 그러하다.

열 캐소드 램프는 코일과 애노드 실드(shield)가 설치될 수 있도록 방전관에 대해 대략 10㎜의 최소 직경을 요구한다. 애노드 실드가 필요없게 되는 경우, 대략 6㎜의 내경이 실현될 수 있는데, 증가된 블래크닝(blackening)에 기인해 서비스 수명은 크게 감소된다. 더욱이, 열 캐소드 램프의 스위칭 동작은 다수의 응용 분야에 대해서는 허용불가능한 수준이며, 또한, 단지 간신히 희미하게 될 수 있다.

작은 램프 직경(5㎜ 이하)을 갖는 형광 가스 방전 램프는 지금까지는 냉 캐소드 램프의 형태 또는 고주파수 범위(1㎒ 이하)의 동작 주파수를 갖는 용량성 가스 방전 램프 형태로만 실현될 수 있었다. 냉 캐소드 램프는, 그들이 저주파수(30∼50㎑)에서 동작될 수 있다는 장점을 제공한다. 따라서, 그들의 전자기 방사는 아주 미약하다. 그러나, 냉 캐소드 램프에서의 방전 전류는 엄격히 (대략 10㎃의 최대값으로) 제한된다. 이러한 전류 제한은 방전 전류의 함수로서 전극 재료의 강하게 증가되는 스퍼터 레이트(sputter rate)에 기인한다. 더욱이, 전류 제한은 심하게 증가되는 스퍼터 레이트로 열 방출이 발생할 정도까지 전극이 국부적으로 가열되지 않도록 기능한다. 방출된 전극 재료는 그리고 나서 방전관내에 증착되며, 따라서 램프의 빠른 블래크닝을 야기한다.

동작 주파수 f＞1㎒를 갖는 용량성 방전 램프의 경우에, 높은 동작 주파수는 램프내의 높은 전류 밀도(대전류, 작은 램프 직경)와 연계하여 강한 전자기 방사를 야기한다. 이것은 이러한 전자기 방사를 제한하도록 램프, 반사기, 구동 전자장치 등으로 형성된 시스템 전체에 걸쳐 퇴고 단계(elaborate steps)를 필요하게 한다. 파워는 방전관을 통해 용량적으로 결합되므로, 동작 주파수는 커플링-인 표면의 용량에 의해 하향(대략 1㎒로) 제한된다.

미국 특허 제 2,624,858 호에는 외부 전극과 가스 방전 사이에 유전층이 마련된 용량성 가스 방전 램프가 개시되어 있다. 외부 전극은 120㎐의 주파수에서 500V 내지 10,000V의 전압을 출력하는 교류 전류원에 접속된다. 유전층은 100보다 큰, 바람직하게는 2000보다 큰 고 유전상수 ε를 갖는다. 유전층에 의한 외부 교류 전압의 용량성 커플링-인은 램프내에서 가스의 이온화 및 여기를 야기하며, 이에 따라 빛을 내는 가스 방전이 발생한다. 이와 같은 유전상수와 동작 주파수의 결합에 의해 매우 큰 치수의 커플링-인 구조를 이용함으로써만 램프의 고 광속을 성취할 수 있으며, 따라서 램프 전체가 또한 큰 치수로 된다. 더욱이, 이러한 램프에서 고 광속은 극도로 높은 동작 전압을 요구하며, 따라서, 비싼 구동 회로를 요구한다. 또한, 이러한 주파수 범위에서 2차 방출 계수 γ는 매우 덜 유용하며, 따라서, 가스 방전 효율이 저하하고 더욱 작은 광량이 발생된다.

본 발명의 목적은, 용량성 커플링-인의 존재시에 작은 구조물 용적, 고 광속, 저 동작 전압, 저 전자기 방출, 스위칭 전이에 대한 고 저항 및 긴 서비스 수명과 관련된 보다 높은 효율을 제공하는 저압 가스 방전 램프를 제공하는 것이다.

이러한 목적은 각각의 용량성 커플링-인 구조가 두께 d와 유전상수 ε을 갖는 적어도 하나의 유전체로 형성되고, 각각의 유전체는 조건 d/(f·ε)＜10^-8㎝·s을 가짐으로써 성취된다. 가스 방전 램프는 공지된 방식으로 통상의 충진 가스(예컨대, 불활성 가스 또는 저압 가스 방전 램프의 경우에 수은을 갖는 불활성 가스)를 포함하는 투명 방전관으로 구성되며, 동작 주파수 f에서 교류 전류원에 의해 동작한다. 방전관 및 충진 가스의 재료는 원하는 스펙트럼의 발생된 방사에 부합하게 선택될 수 있다. 보다 구체적으로, 방전관에는 또한 코팅(coating)이 제공될 수 있으며, 따라서, 본 발명에 따른 램프는 주어진 주파수 범위(예컨대, UV 범위)의 방사를 방출한다. 적어도 두개의 공간적으로 분리된 커플링-인 구조물은 방전관상에 제공된다. 용량성 커플링 구조물의 유전체는 하나 이상의 층으로 구성된다. 각 층은 제각기 조건 d/(ε·f)＜10^-8㎝·s을 만족시켜야 한다. 분명한 것은, 복수의 더욱 많은 커플링-인 구조물이 또한 본 발명의 범위내에서 실행가능하다는 것이며, 상기 구조물은 재료 특성과 유전체 구조의 결합에 대한 적절한 선택의 결과로서 본 발명의 특징을 갖는다.

본 발명의 유리한 실시예가 이후 청구범위와 본 발명에 따른 실시예에서 개시된다. 본 발명의 바람직한 다른 실시예에서, 적어도 하나의 유전체는 조건 d/(f·ε)＞10^-9㎝·s를 가지며, 따라서, 램프는 포지티브 전류-전압 특성을 획득한다. 가스 방전 램프에는 정적 가스 방전을 보장하기 위해 밸러스트(ballast)가 적절히 제공되어야 한다. 이 밸러스트는 통상 전기적 밸러스트 장치내에 일체화되며, 이 장치내의 회로는 또한 램프를 동작개시시키는데 필요한 점화 전압을 발생시킨다. 바람직하게는, 본 발명에 따른 램프에 대한 용량성 커플링-인 구조물의 재료, 그들의 구조 및 동작 주파수는 유전체를 가로지른 평균 전압이 (d/(ε·f)

5·10^-9㎝·s에 대해) 램프의 방전관내의 플라즈마를 가로지른 전압에 대략 대응하도록 선택되며, 따라서, 용량성 커플링-인 구조물은 램프를 밸러스트하는데 사용될 수 있다. 이 때 밸러스트 요소는 램프 구동 회로에 의해 필요없게 될 수 있는데, 사실상 비용 절감을 제공한다. 더욱이, 램프의 자기-밸러스팅에 의해 단일의 구동기를 사용하는 동안 동시에 이러한 복수의 램프를 동작시키는 것이 가능하게 되며, 이것은, 구동기의 비용을 고려할 때 역시 현저한 비용 절감을 가져올 수 있다.

본 발명에 따른 램프는 150㎐ 내지 1㎒의 주파수 범위에서의 동작에 대해 공지된 램프의 단점을 확실히 극복한다.

유전 재료는 바람직하게는 유전상수에 대해 본질적으로 네가티브 온도 의존성을 갖는다. 주어진 온도 이상에서 현저하게, 온도가 증가함에 따라 유전상수의 값이 감소하는 몇몇 유전 재료가 알려져 있다. 유전상수는 또한 특히 낮은 온도 범위에서 일시적으로 증가할 수 있다. 램프의 동작 동안, 유전체는 파워의 커플링-인으로 인해 가열되며, 따라서, 유전체 용량은 감소하고 커플링-인될 수 있는 최대 파워는 제한된다. 램프의 파워는 따라서 안정화되고 램프의 밸러스팅은 본 명세서에서 제공된 커플링-인 구조물에 의해 성취된다.

본 발명의 특히 적합한 실시예는 내경 d_i를 갖는 본질적으로 공동의 원통형 방전관(hollow cylindrical discharge vessel)을 포함하며, 이때 내경 d_i는 10㎜ 미만일 수 있다. 공동의 원통형 방전관은 특히 유용한데, 그 이유는 그들의 제조 및 처리가 다른 가스 방전 램프로부터 잘 알려져 있기 때문이다. 작은 내경은 램프를 처리하기 더욱 용이하게 하며 램프에 대한 다수의 응용을 가능하게 한다. 응용에 따라서, 공동의 원통형 방전관은, 예컨대, 나선형, 문자 또는 숫자형 등으로서 구성될 수 있다. 램프의 다른 실시예는 또한, 내경 d_i를 갖고 방전관에 내압적으로 접속되는 본질적으로 공동의 원통형 용량성 커플링-인 구조물을 갖는다. 동일 치수를 사용한 결과, 유전체는, 예컨대, 유리 땜납 기법(a glass soldering technique)에 의해 방전관에 특히 간단히 접속될 수 있다.

방전관내의 충진 가스는 바람직하게는 적어도 하나의 불활성 가스 또는 불활성 가스와 수은을 함유하는 혼합물로 선택된다. 복수의 가스 혼합물이 본 발명에 따른 램프에 대한 충진 가스로서 이용될 수 있다. 보다 구체적으로, 공지의 저압 가스 방전 램프에 사용된 충진 가스가 이용될 수 있다. 이것은 처리가 공지되어 있다는 장점을 제공한다. 충진 가스의 선택은 또한 램프의 응용에 의존할 수 있는데, 따라서, 원하는 컬러(방출 방사의 파장) 또는 형상을 지원할 수 있다.

본 발명에 따른 램프의 다른 실시예에서, 가스 방전의 방전 전류는 10㎃ 보다 크다. 큰 방전 전류를 이용하면 공지의 램프에서보다 더욱 큰 휘도를 발생시킬 수 있다. 휘도의 레벨은 사용된 충진 가스에 의해 결정된다. 이와 같이 큰 파워 는, 방전관내의 플라즈마가 최고 가능 휘도에 도달하는, 본 발명에 따른 유전체를 통해 결합될 수 있다. 예컨대, 내경 d_i=3㎜인 경우에, 휘도는 냉 캐소드 램프와 비교해서 대략 6000cd/㎡까지 배가될 수 있다.

유전체는 바람직하게는 의사유전성(paraelectric), 강유전성 또는 반 강유전성 고체 재료로 구성된다. 혼합물(composition)로도 구성할 수 있는 산화 세라믹(예컨대, BaTiO₃, SrTiO₃, PbTiO₃, PbZrO₃)이 특히 적합하다.

본 발명의 바람직한 실시예에서 방전관은 UV 투명 재료로 구성되며, UV 방출 충진 가스로 채워진다. 예컨대, 유리관이 방사관용 UV 투명 재료로서 이용될 수 있다. 방전관에는 또한 충진 가스에 의해 방출된 방사를 원하는 스펙트럼(특히 UV 범위내의)으로 변환하는 발광 재료의 코팅이 제공될 수 있다. 예컨대, 발광 재료는 태양 방사의 스펙트럼에 대응하는 방사광을 방출할 수 있으며, 따라서, 램프는 선태닝(sun tanning) 응용에 이용될 수 있다.

본 발명의 목적은 또한 액정 디스플레이의 백라이팅용 장치에 의해 성취될 수 있는데, 이 때 각각의 용량성 커플링-인 구조물은 두께 d와 유전상수 ε을 갖는 적어도 하나의 유전체로 구성되며, 각 유전체는 조건 d/(f·ε)＜10^-8㎝·s를 갖는다.

본 발명에 따른 램프는 높은 휘도, 낮은 전자기 방출, 저 동작 전압, 스위칭 천이에 대한 높은 저항 및 긴 서비스 수명의 예상치 못한 조합을 가능하게 한다. 백라이팅용 장치에서 사용하는 것 이외에도, 본 발명에 따른 램프는 장식 및 일반 조명을 위해, 광고 목적의 조명을 위해, 팩시밀리 장치, 스캐너 및 복사기용 광원으로서, 자동차의 브레이등으로서, 경보 및 방향 등용으로, 및 UV 광원으로서 특히 적합하다. UV 광원으로서는, 공기와 물의 발아방지/살균용, 표면 세정용, 페인트 처리용, 접착용, 경화(래커, 접착제)용, 선탠(특히 평탄 선탠 장치용)용 및 광화학, 폐기물 처리 및 분리 프로세서 분야에서의 장치용으로 특히 이용될 수 있다.

본 발명에 따른 실시예들이 이후 도면을 참조하여 설명된다.

본 가스 방전 램프의 다양한 실시예는 용량성 커플링-인 구조물의 재료에 대한 유전체 시료로서 본 발명에 따른 특성을 갖는 유전성 고체 재료를 이용한다. 바람직하게는, 산화 세라믹이 용량성 커플링-인 구조물의 유전 재료로서 이용된다. 이것은, 예컨대, BaTiO₃, 대략 1%의 Nb₂O₅ 및 1000분지 몇의 CO₃O₄의 혼합물로 구성된다. 이 혼합물은 적절히 입자화되고, 바인더(binder)에 의해 형상화된 후 소결된다. 이와 같이 생성된 재료는 유전상수 ε을 가지며 도 8에 도시된 도면에 부합하는 온도-의존 동작을 한다. 램프의 동작 동안, 유전상수는 조건 d/(ε·f)＜10^-8㎝·s가 계속해서 만족되도록 높게 유지된다. 램프의 동작 동안 산화 세라믹의 온도가 소정값에 도달하면, 이 값에서 온도가 증가함에 따라 유전상수의 하강이 발생하는데, 이러한 동작은 램프의 파워의 안정화에 기여한다. 이것은, 커프링-인 파워가 증가해야 하는 경우 산화 세라믹의 온도 증가가 유전성 용량의 강한 감소를 야기하게 되고, 그에 따라, 증가된 전압 강하에 의해 전류의 감소 및 파워의 감소를 야기하게 되기 때문이다. 즉, 램프는 강한 포지티브 U-I 특성을 갖는다.

유전체의 재료는 가스 방전쪽을 향하는 표면에서 약간의 전자를 방출해야 한다. 유전체의 방출 특성을 나타내기 위해, 플라즈마쪽을 향하는 유전체측의 표면에서 이온 전류와 전자 전류간의 비율을 이용한다. 이러한 비율은 이온-유도성 2차 방출 계수 γ로서 칭해진다. 유전체 표면과 플라즈마의 발광 부분 사이에, 좁고 대략 1㎜ 두께의 플라즈마 경계층이 형성된다. 플라즈마 경계층에서 파워 전달은 높은 값을 가정할 수 있고, 따라서 램프의 효율(lumen/Watt)을 현저히 감소시킨다. 높은 2차 방출 계수 γ는 이러한 파워 부분의 감소를 야기하며, 이에 의해 램프의 효율이 증가한다. 따라서, 유전체용으로 특히 적합하게 사용될 수 있는 재료는 램프의 동작동안 플라즈마쪽을 향하는 표면상에 부가적인 전자의 퇴적을 보여주며, 2차 방출 계수 γ＞0.01에 이르는 재료이다.

도 1에는 가스 방전관으로서 기능하는 유리관(1)을 포함하는 용량성 가스 방전 램프가 도시되어 있다. 형광체로 코팅된 내측 표면을 갖는 유리관(1)은 3㎜의 내경, 4㎜의 외경, 40㎜의 길이를 가지며, 50mbar의 Ar과 5mg의 Hg로 채워진다. 양쪽 단부에서 유전체 커플링-인 구조물(2)은 유전 재료(조건 d/(ε·f)＜10^-8㎝·s를 만족시키는 산화 세라믹)로 된 제각기의 원통형 관으로 형성된다. 커플링-인 구조물(2)은 4㎜의 외경, 0.5㎜의 벽두께 및 10㎜의 길이를 갖는다. 유리관(1)은 동일한 내경을 갖는 커플링-인 구조물(2)을 경유하여 납땜 작업에 의해 진공압축식으로 디스크 형상의 유전체 캡(3)에 봉인된다. 커플링-인 구조물(2)에는 미리 구워진 실버 페이스트(silver paste) 층이 제공되어, 전기적 접촉부(4)를 가능하게 한다. 램프는 접촉부(4)를 통해 외부 파워 메인에 접속된다. 본 실시예에서, 외부 파워 메인은 40㎑에서 30㎃의 전류와 대략 350V의 평균 전압을 공급하는 램프 구동 회로(5)이다. 안정 모드에서, 램프는 대략 600루멘의 광 전류를 전달한다. 구동 회로(5)는 또한 일시에 1500V의 전압을 전달할 수 있는 램프를 점화하기 위한 부분을 포함한다. 점화 후, 정적인 가스 방전이 형성된다. 전자는 유전 재료의 표면에 도달하면 그에 부착하며, 따라서, 이온 유도성 2차 방출 계수 γ를 증가시킨다. 가스 방전 램프의 효율은 이와 같이 해서 증가된다. 짧은 기간 후, 유전체는 유전상수ε가 도 8에 도시된 도면의 네가티브 곡선 범위에 존재할만큼 높은 온도에 도달한다. 이러한 특성은 커플링-인 파워에 관련해서 램프를 안정화시키도록 이용될 수 있다.

도 2에는 본 발명에 따른 커플링-인 구조물의 개략적인 단면도가 도시되어 있다. 이 단면도는 커플링-인 구조물(2)의 영역에서 취해진 것이다. 충진 가스로 채워진 내부 공간은 BaTiO₃로 된 제 2 유전층(7)에 의해 인접되는 제 1 유전층(6)에 의해 에워싸여진다. 전기적 접촉을 위해 기능하는 금속물(8)은 이들 유전층상에 제공된다. 유전층(6)의 두께는 매우 작을 수 있는데(코팅), 이것은 기판으로서 작용하는 층(7)상에 증착될 수 있기 때문이다.

도 3에는 4개의 램프가 도시되어 있는데, 이들 각각에는 도 1에 도시된 방전관(1)과 커플링-인 구조물(2)이 제공되며, 이들 램프는 공통의 구동 회로(5)에 의해 동시에 동작된다. 각각의 개별 램프에는 자기-밸러스팅으로서 작용하는 유전체 의 재료 특성에 기인하는 안정화 피드백이 제공되기 때문에, 공통의 구동 회로(5)가 이용될 수 있다. 각각의 램프에 대해 점화 회로 및 밸러스트를 갖는 개별적인 밸러스트 장치가 필요치 않다.

도 4에는 도 1에 도시된 램프의 사양을 갖지만 코일을 형성하도록 구부려진 램프가 도시되어 있다. 코일(9)의 양 단부에는 제각기의 커플링-인 구조물(2)이 제공되며, 상기 구조물은 구동 회로(5)에 접속된다. 이것은 기존의 에너지-절약형 램프의 휘도를 훨씬 능가하는 휘도를 갖는 장식용 램프가 된다. 명백히, 도 1에 도시된 램프에 대해 많은 다른 형상이 또한 실행가능하다. 기존의 형광 램프보다 훨씬 더 높은 휘도를 갖는 소형화된 장식용 램프로서 다른 응용(예컨대, 컴팩트한 선반 조명을 위한 응용)이 또한 실행가능하다. 이를 목적으로, 방전관은 램프 특성을 변경하지 않고 원하는대로 구부려질 수 있다. 충진 가스 및/또는 방전관의 형광체층의 적절한 선택은 또한 원하는 파장 범위에서 방사광 발생을 가능하게 한다. 도 1에 도시된 치수를 갖는 가스 방전 램프는, 예컨대, 25mbar의 순수 네온으로 채워질 수 있다. 이러한 램프는 또한 승용차의 후방 윈도우 뒤의 적색 브레이크등으로서 이용될 수 있다. 자동차 산업에서, 본 발명에 따른 램프는 또한 다른 목적(예컨대, 또한 깜빡이는 등으로서, 내부 조명 또는 계기 조명용 등으로)을 위해 이용될 수 있다. 본 램프의 다른 흥미있는 응용은 경보 및 방향 램프로서의 사용에 있는데, 이러한 응용은 가능한한 낮은 파워 소비를 요구할 뿐만 아니라 주어진 형상 및 컬러를 요구하기 때문이다.

램프의 형상에 관계없이 본 발명에 따른 가스 방전 램프는 UV 방사원으로서 그리고 UV 방사원의 모든 알려진 응용 분야에 대해 특히 적합하다. 램프의 방전관(1)은 적절한 충진 가스(예컨대, 불활성 가스 및 수은)으로 채워지며 잘 알려진 방식으로 UV 투명 재료(예컨대, 유리관)로 구성된다. 유리관에는 또한 그의 내측 또는 외측에 적절한 발광 재료가 제공되며, 상기 발광 재료는 원하는 UV 스펙트럼을 생성한다. 이상 설명된 본 발명에 따른 용량성 커플링을 갖는 가스 방전 램프의 장점은 UV 광원의 실현을 가능하게 하며, 이것은 램프 길이당 매우 높은 UV 광 생산력 및 매우 컴팩트한 구조를 갖고, 기존의 저압 가스 방전 UV 방사원과 비교해서 낮은 전자기 방출, 스위칭 천이에 대한 고저항, 고 효율, 저 동작 전압 및 긴 서비스 수명을 갖는다. 그러므로, 이와 같이 구성된 램프는 UV 방사원을 포함하는 응용을 위한 장치에서 기존의 장치에 비해 현저한 장점을 제공한다. 이것은 공기 및 물의 발아방지/살균용 장치, 표면 세정용 장치, 페인트 처리용 장치, 접착용 장치, 경화(래커, 접착제)용 장치, 선탠닝(매우 컴팩트/평탄한 선탠닝 장치의 실현)용 장치에 대해, 및 광화학, 폐기물 처리 및 분리 프로세서 분야에서의 장치에 대해 특히 적합하다.

도 5에는 액정 디스플레이의 백라이팅용 장치에 대한 개략적인 도면이 도시되어 있다. 도 1을 참조해서 설명된 램프(10)가 15" LCD 백라이트의 광 도체(13)내로 광을 측방향으로 방사하는데 이용된다. 이 장치는 저압 가스 방전 램프(10)에 접속된 구동 회로(12)로 구성된다. 램프(10)에는 광 도체(13)내로 광을 방사하는 반사기(11)가 제공되며, 광 도체(13)로부터 후방 영역의 구조화된 반사기 플레이트에 의해 산광기(diffuser)(14) 및 반사형 편광 필터(15)를 통해 순방향에서 액 정 디스플레이(LCD 패널)에 결합된다. 액정 디스플레이는 도시를 간략히 하기 위해 생략되었다. 예컨대, 공지된 구성의 LCD가 이용될 수 있다. 램프 길이당 광속의 더욱 높은 양으로 인해, 예컨대, 냉 캐소드 램프와 비교해서, 전자기 간섭 측면에서 부가적인 단계를 가질 필요없이 LCD 디스플레이 스크린상에서 배가된 광량이 획득될 수 있는데, 이것은 동작 주파수가 동일하게 유지되기 때문이다.

도 6에는 액정 디스플레이의 백라이팅용의 유사한 장치가 도시되어 있다. 도 1을 참조해서 설명된 바와 같은 두 개의 램프(10)가 15" LCD 백라이트의 광 도체(16)내로 광을 측방향으로 방사하는데 이용된다. 램프(10)의 광은 반사기(11)에 의해 양측으로부터 광 도체(16)내로 결합되며, 산광기(14) 및 반사형 편광 필터(15)를 통해 LCD 패널을 향해 순방향으로 결합된다. 램프 길이당 광속량이 더욱 크기 때문에, 예컨대, 냉 캐소드 램프와 비교해서, 전자기 간섭 측면에서의 부가적인 단계를 취할 필요없이 LCD 디스플레이 스크린상에서 배가된 광량이 역시 획득될 수 있는데, 이것은 동작 주파수가 동일하게 유지되기 때문이다. 원한다면, 두 개의 냉 캐소드 램프(광 도체(16)의 좌측과 우측의)는 LCD 디스플레이 스크린상에서 동일한 휘도 값을 생성하는 단일의 용량성 램프(10)로 대체될 수 있다. 적어도 두 개의 용량성 램프(10)가 사용된 경우, 그들의 자기-밸러스팅 때문에, 그들은 단일의 전자 구동 회로(12)에 의해 동작될 수 있다. 두개의 램프당 하나의 절감에 부가해서, 이때 전자 구동 회로(12)의 비용 측면에서도 절감이 성취될 수 있음은 물론, 사용된 램프의 수가 더욱 작기 때문에 고장에 대한 더욱 높은 보호 수준이 성취될 수 있다.

도 7에 도시된 바와 같은 액정 디스플레이의 백라이팅용 장치에서는, 도 1을 참조해 설명된 바와 같은 복수의 램프가 후방으로부터 18" LCD 백라이팅의 광 도체내로 광의 투사를 위해 사용된다. 램프(10)는 반사기(11)내에 배열된다. 개별 램프(10)의 광은 광 필터(17)와 산광기(14)에 의해 동질화된 후, 반사형 편광 필터(15)를 횡단하여, LCD 패널(미도시됨)에 결합된다. 광 필터(17)는 램프(10)로부터의 광이 산광기(14)상으로 직접 입사하는 것을 방지한다. 램프 길이당 광속의 더욱 큰 양의 결과로서, 예컨대, 냉 캐소드 램프와 비교해서, 전자기 간섭 측면에서의 부가적인 단계를 취할 필요없이 LCD 디스플레이 스크린상에서 배가된 광량이 역시 획득될 수 있는데, 이것은 동작 주파수가 동일하게 유지되기 때문이다. 원한다면, 두 개의 냉 캐소드 램프는 또한 LCD 디스플레이 스크린상에서 동일한 휘도 값을 생성하는 단일의 용량성 램프(10)로 대체될 수 있다. 그들의 자기-밸러스팅으로 인해 모든 용량성 램프(10)는 단일의 전자 구동 회로로 동작될 수 있다.

도 8에는 온도의 함수로서, BaTiO₃, 대략 1%의 Nb₂O₅ 및 1000분지 몇의 CO₃O₄로 구성된 산화 세라믹의 유전상수 ε의 변동을 예시하는 도면이 도시되어 있다. 램프 홀더(holder)와 세라믹간에 적절한 열 결합이 형성된 경우, 130℃를 초과하는 세라믹 온도가 램프의 정적인 동작중에 실현될 수 있다. 이러한 온도에서 유전상수 ε는 대략 5000의 매우 큰 값 근방에서 변동한다. 유전체의 온도가 커플링-인 파워로 인해 더욱 증가하면, 유전 재료의 본질적으로 네가티브 온도 계수는 큰 유전상수의 하강을 야기한다. 결과적으로, 커플링-인 구조물의 유전성 용량이 감소 하며, 따라서, 유전체를 가로질러 더욱 높은 전압 강하가 발생하고 더욱 작은 전류가 흐르게 된다. 그러면, 감소된 파워가 방전관내로 결합될 수 있어서, 유전체에서의 온도 감소를 야기하게 된다. 이러한 네가티브 피드백은 정적인 동작 모드에서 램프의 안정화 및 밸러스팅을 향상시킨다.

본 발명에 의하면, 용량성 커플링-인의 존재시에 작은 구조적 용적과 관련해서 보다 높은 효율, 고 광속, 저 동작 전압, 저 전자기 방출, 스위칭 전이에 대한 고 저항 및 긴 서비스 수명을 제공하는 저압 가스 방전 램프가 제공된다.

Claims

저압 가스 방전 램프(low-pressure gas discharge lamp)에 있어서,

방전관(a discharge vessel)(1)과,

적어도 두 개의 공간적으로 분리된 용량성 커플링-인 구조물(coupling-in structures)(2)

을 포함하되,

상기 저압 가스 방전 램프는 동작 주파수 f에서 동작하며,

상기 용량성 커플링-인 구조물(2) 각각은 두께 d와 유전상수 ε을 갖는 적어도 하나의 유전체로 형성되며, 상기 유전체 각각은 조건 d/(f·ε)＜10^-8㎝·s를 갖는 것을 특징으로 하는

저압 가스 방전 램프.
제 1 항에 있어서,

상기 적어도 하나의 유전체는 조건 d/(f·ε)＞10^-9㎝·s를 갖는 것을 특징으로 하는 저압 가스 방전 램프.
제 1 항에 있어서,

상기 동작 주파수 f는 150㎐ 내지 1㎒의 범위를 갖는 것을 특징으로 하는 저압 가스 방전 램프.
제 1 항에 있어서,

상기 유전체의 유전상수는 네가티브 온도 의존성을 갖는 것을 특징으로 하는 저압 가스 방전 램프.
제 1 항에 있어서,

상기 방전관(1)은 10㎜보다 작은 내경 d_i를 갖는 공동의(hollow) 실린더로서 형성되는 것을 특징으로 하는 저압 가스 방전 램프.
제 5 항에 있어서,

상기 용량성 커플링-인 구조물(2)은 내경 d_i를 갖는 공동의 실린더로서 형성되며, 방전관(1)에 내압적으로(in a compression proof manner) 접속되는 것을 특징으로 하는 저압 가스 방전 램프.
제 1 항에 있어서,

상기 방전관(1)은 적어도 하나의 불활성 가스를 함유하는 충진 가스로 채워지는 것을 특징으로 하는 저압 가스 방전 램프.
제 7 항에 있어서,

상기 충진 가스는 수은을 포함하는 것을 특징으로 하는 저압 가스 방전 램프.
제 1 항에 있어서,

상기 동작 주파수 f는 150㎐ 이상 150㎑ 미만인 것을 특징으로 하는 저압 가스 방전 램프.
제 1 항에 있어서,

상기 가스 방전의 방전 전류는 10㎃를 초과하는 것을 특징으로 하는 저압 가스 방전 램프.
제 1 항에 있어서,

상기 유전체는 의사유전성(paraelectric), 강유전성 또는 반 강유전성 고체 재료로 구성되는 것을 특징으로 하는 저압 가스 방전 램프.
제 1 항에 있어서,

상기 방전관(1)은 UV 투명 재료로 구성되며, UV를 방출하는 충진 가스로 채워지는 것을 특징으로 하는 저압 가스 방전 램프.
액정 디스플레이의 백라이팅용 장치에 있어서,

광원(10)으로서, 동작 주파수 f에서 동작하며, 방전관(1) 및 적어도 두 개의 용량성 커플링-인 구조물(2)을 갖는 적어도 하나의 저압 가스 방전 램프와,

백라이팅을 생성하기 위한 광학 시스템(13, 14, 15)

를 포함하되,

상기 각 용량성 커플링-인 구조물(2)은 두께 d와 유전상수 ε을 갖는 적어도 하나의 유전체로 구성되며, 상기 각 유전체는 조건 d/(f·ε)＜10^-8㎝·s를 갖는 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이의 백라이팅용 장치.