KR100834186B1 - 유전체 장벽 방전 램프 - Google Patents

Abstract

본 발명은 캡(2), 연장된 방전 용기(1) 및 각각의 외부 전극에 대하여 대응하는 접촉 스프링(7a 내지 7f)을 갖는 스트립형 외부 전극들(5a 내지 5f)을 포함하는 유전체 장벽 방전 램프에 관한 발명이다. 상기 접촉 스프링들은 상기 캡 내부에 위치된다. 상기 캡은 또한 캡 슬리브(6)를 포함하는데, 이는 하나 또는 그 이상의 각각의 스트립형 외부 전극(5a 내지 5f)이 하나 또는 그 이상의 대응하는 접촉 스프링(7a 내지 7f)에 전기 전도적으로 접촉하는 방식으로 상기 방전 용기(1)의 한쪽 말단부를 둘러싼다. 바람직하게는, 개별 접촉 스프링들의 상기 횡단 범위는 적어도 접촉의 영역에서 상기 대응하는 스트립형 외부 전극의 폭보다 작거나 같다. 이 설계는 신뢰성 있는 접촉을 갖는 캡에 대한 설치의 용이함과 높은 램프 효율성을 겸비한다.

Description

유전체 장벽 방전 램프{DIELECTRIC ­ BARRIER DISCHARGE LAMP}

본 발명은 유전체 장벽 방전 램프(dielectric barrier discharge lamp)에 관한 발명이다.

이 경우에 "유전체 장벽 방전 램프"라는 용어는 유전체적으로 방해된 가스 방전들(dielectrically impeded gas discharges)에 기초한 전자기적 방사선 (electromagnetic radiation)의 소스를 포함한다. 상기 방사선의 스펙트럼은 적외선 (IR) 영역은 물론, 가시적인 영역과 자외선(UV)/진공 자외선(VUV) 영역을 모두 포함할 수 있다. 더욱이, 비가시적인 방사선을 가시적인 방사선(빛)으로 변환하기 위하여 인광층(phosphor layer)을 제공하는 것도 또한 가능하다.

유전체 장벽 방전 램프는 적어도 하나의 유전체적으로 방해된 전극을 필수적으로 요구한다. 유전체적으로 방해된 전극은 유전체에 의하여 상기 방전 용기의 내부와 분리된다. 예를 들어, 보다 명확히 만약 상기 전극이 상기 방전 용기의 외벽 상에 배치된다면, 이 유전체는 상기 전극을 덮는 유전체 층으로 설계될 수 있거나, 또는 상기 램프 자체의 상기 방전 용기에 의해 형성될 수 있다. 하기의 본문에서, 후자의 배치는 간단히 말하여, "외부 전극"으로 알려져 있다.

본 발명은 양 측면들이 폐쇄되고 전리 가능한 충전물(ionizable fill)을 둘러싸는 연장된 혹은 관형의 방전 용기를 갖는 유전체 장벽 방전 램프에 관한 발명이다.

상기 전리 가능한 충전물은 대개, 예를 들면 크세논(xenon)과 같은 불활성 가스, 또는 가스 혼합물을 포함한다. 미국 특허 제 5,604,410 호에서 설명된 펄스 동작 방법(pulsed operating method)에 의해 바람직하게 동작하는 상기 가스 방전 동안, 엑시머(excimer)들로 알려진 것들이 형성된다. 엑시머들은 예를 들면 Xe₂ ^*와 같은 여기된 분자들로 이는 기저 상태, 일반적으로 결합되지 않은(unbonded) 상태로 돌아가자마자 전자기적 방사선을 방출한다. Xe₂ ^*의 경우에, 상기 분자 대역 방사선의 최대치는 대략 172nm이다.

더욱이, 상기 램프는 적어도 하나의 상기 언급된 타입의 외부 전극을 가지는데, 상기 적어도 하나 또는 그 이상의 각각의 외부 전극은 실질적으로 스트립(strip)의 형태이다.

미국 특허 제 6,060,828 호는, 특히 도 5a 내지 도 5c에서, 일반적인 조명을 위해 에디슨 스크류 베이스(Edison screw base)를 갖는 이런 타입의 램프를 개시한다. 이 램프는 상기 방전 용기 내부에 나선형의 전극을 갖는다. 더욱이, 네 개의 스트립형 전극들이 상기 방전 용기의 외벽 상에 배치된다. 그러나, 상기 스트립형 외부 전극들이 어떻게 상기 두 베이스 접촉들(base contacts) 중의 하나에 연결되는지는 상세히 설명되어 있지 않다.

본 발명의 목적은 하나 또는 그 이상의 각각의 외부 전극과 베이스 접촉 사이에 간편하고 신뢰성 있는 접촉이 보장되는 방식으로, 적어도 하나의 스트립형 외부 전극과 캡(cap)을 갖는 유전체 장벽 방전 램프를 제공하는 것이다.

이 목적은 양 측면이 폐쇄되고 전리 가능한 충전물을 둘러싸는 연장된 방전 용기, 상기 방전 용기의 외벽 상에 배치된 하나 또는 그 이상의 스트립형 외부 전극들, 캡 슬리브(cap sleeve)를 갖는 캡, 상기 캡의 내부에 배치된 하나 또는 그 이상의 접촉 스프링들(contact springs)(상기 스트립형 외부 전극들의 개수와 같은 개수의 접촉 스프링들), 그리고 상기 하나 또는 그 이상의 각각의 스트립형 외부 전극이 상기 하나 또는 그 이상의 대응하는 접촉 스프링에 전기 전도적으로 접촉하고 있는 방식으로, 상기 방전 용기의 한쪽 말단부를 둘러싸는 캡 슬리브를 갖는 방전 램프에 의해 달성된다.

특별히 유용한 구성들은 종속항에서 주어진다.

본 발명에 따르면, 상기 유전체 장벽 방전 램프의 각각의 스트립형 외부 전극에는 대응하는 접촉 스프링이 제공된다. 이러한 접촉 스프링들은 상기 캡의 내부에 배치된다. 상기 캡은 또한 하나 또는 그 이상의 각각의 스트립형 외부 전극이 하나 또는 그 이상의 대응하는 접촉 스프링에 전기 전도적으로 접촉하는 방식으로 상기 방전 용기의 말단부를 둘러싸는 캡 슬리브를 포함한다.

이러한 설계의 장점은, 그 중에서도 특히, 상기 램프 생산의 용이함에 있는데, 이는 상기 캡 슬리브가 상기 방전 용기의 말단부에 간단하게 설치되고, 각각의 접촉 스프링은 대응하는 외부 전극에 전기 전도적으로 접촉하기 때문이다. 더욱이, 상기 접촉 위치들은 상기 캡 슬리브에 의한 기계적인 영향들로부터 보호된다.

이러한 문맥에서, "스트립형 외부 전극"이란 용어는 스트립형 외부 전극이 필수적으로 곧아야 될 필요는 없으며, 예를 들어, 곡선형이거나 하위구조를 가질 수도 있다는 정도까지의 일반적인 의미로 이해되어야 할 것이다. 더욱이, 상기 스트립형 외부 전극은 또한 상기 전극의 폭이 상기 전극의 길이에 비교하여 매우 작을 수 있다는 의미의 "선형(linear) 전극"으로 줄어들 수도 있다. 본 발명에 따른 접촉-생성의 내용에서 중요한 모든 것은, 적어도 상기 접촉 스프링들에 접촉하는 상기 외부 전극들의 영역들이 각 경우에 적어도 스트립들과 유사한 접촉 표면들로서 설계된다는 것이다.

필요하다면, 상기 방전 용기 말단부는 기계적인 안정성을 증가시키기 위해, 예를 들면 시멘트 혹은 접착제 같은 부가적인 부착 수단에 의해 상기 캡 슬리브에 추가적으로 결합될 수도 있다.

도입부에서 인용되었던 미국 특허 제 6,060,828 호의 도 5a에 개시된 바와 같이, 예를 들면 스트립형 외부 전극들의 한쪽 말단부에서 상기 방전 용기의 주위를 완전히 둘러싸는 상기 스트립형 밴드 또는 고리형 밴드(상기 특허 명세서에서 참조번호 52e로 표시)에 의해 서로 전기 전도적인 방식으로 한 극성의 모든 외부 전극들의 말단부들이 초기에 서로에 대하여 연결되는 것은 언뜻 보기에 매우 편리해 보인다. 종래 기술에서, 이런 일반적인 도체는 연관된 캡 접촉에 연결된다. 그러나, 이런 해결책에서는, 상기 방전 용기 내에서의 유전체적으로 방해된 방전이 약화되고, 결과적으로 상기 램프의 효율성이 감소한다.

이런 부정적인 효과는 본 발명에 따른 상기 언급된 대책에 의해 실질적으로 회피된다. 이러한 점에서, 적어도 접촉의 영역에서 상기 개별 접촉 스프링들의 횡단 범위(transverse extent)가 상기 대응하는 스트립형 외부 전극의 폭보다 작거나 같다면 특히 유용하다.

바람직한 실시예에서, 상기 접촉 스프링들은 좁은 리프 스프링들(leaf springs)로 설계된다. 상기 언급된 횡단 범위는 이 경우에 상기 리프 스프링들의 각각의 폭에 대응한다. 상기 캡에 설치하기 더 쉽게 하고 신뢰성 있는 접촉을 보장하기 위하여, 하나 또는 그 이상의 각각의 리프 스프링이 탄성 루프(resilient loop) 타입으로 구부러지는 것이 바람직하다.

상기 접촉 스프링들은 대개 CuBe₂로 구성된다. 상기 방전 램프를 자외선 방사기로 사용할 때, 자외선 방사선에 대한 상기 방전 램프의 저항 때문에, 스테인리스 스틸로 만들어진 접촉 스프링들을 사용하는 것이 바람직하다. 백금도 또한 특별히 적절하지만, 상대적으로 값이 비싸다.

바람직한 실시예에서, 상기 캡 슬리브는 예를 들면 금속과 같은 전기 전도성 물질로 구성된다. 이 경우에, 상기 접촉 스프링들은 전기 전도적인 방식으로 상기 캡 슬리브에 연결된다. 이런 방법으로, 상기 캡 슬리브는 설치 기능을 가질 뿐만 아니라, 또한 제1 극성의 캡 접촉으로서 동작한다. 다시 말하면, 제1 극성의 모든 외부 전극들은 상기 접촉 스프링들에 의해, 상기 전기 전도성 캡 슬리브를 통하여 전기 공급 유닛의 제1 극에 연결된다.

상기 두번째 극성의 전극들은 또한 원칙적으로 외부 전극들로서 설계되거나, 혹은 대안적으로 내부 전극들로 설계될 수 있다, 즉 상기 방전 용기의 내부에 배치될 수 있다.

예로써, 바람직한 실시예는 이미 인용된 바 있는 미국 특허 제 6,060,828 호에서 개시된 바와 같이 상기 방전 용기의 내부에 축 방향으로 배열되는 나선형의 내부 전극을 갖는다. 상기 내부 전극은 알려진 방법으로 기밀 구조(gastight)로 만들어진 전류 리드스루(leadthrough)를 통하여 제2 극성의 캡 접촉에 연결된다. 가장 간단한 경우에, 이 캡 접촉은 핀으로서 설계될 수 있다. 전력 공급 유닛의 메이팅 피스(mating piece)에 전기적, 기계적으로 신뢰성 있게 연결되도록 하기 위하여, 상기 캡 슬리브는 예를 들면 플랜지(flanged) 캡, 나사(threaded) 캡 혹은 바요넷(bayonet) 캡으로써 적절히 연장될 수 있다. 여기에 나타난 특정한 각 경우에, 상기 방전 램프가 설치되는 상기 장치나 마운트(mount)의 특징들은 결정적으로 중요하다.

결국, 상기 방전 램프는 또한 양쪽 측면들에서 캡이 씌워질 수 있는데, 다시 말하면 상기 방전 용기의 두 개의 반대편의 말단부 각각에 캡이 제공될 수 있다. 이 경우에, 양쪽 캡들에 전기적인 접촉이 제공될 수 있는데, 다시 말하면 전기적 연결 기능을 제공하도록 구비될 수 있다. 이 경우에, 상기 외부 전극들에 대한 접촉은 또한, 예를 들면 하나의 캡에 의해 상기 외부 전극들의 제1 절반에 대한 전기적인 접촉을 형성하고 다른 캡에 의해 상기 제2 절반에 대한 전기적인 접촉을 형성함으로써, 두 개의 캡들 사이에 나누어질 수 있다. 더욱이, 매우 긴 램프의 경우에 특히 상기 전극들이 양분되고 각 전극의 반쪽이 상기 대응하는 캡에 의하여 전력을 공급받는 것은 상기 방전 램프에 따른 균일성을 개선하기 위해 바람직할 수 있다. 반면에, 전기적 공급 유닛을 위한 연결 인터페이스로서 하나의 캡만 사용되고 상기 다른 캡은 단지 설치 구성요소를 위한 보장 기능만을 가지는 것 또한 바람직할 수 있다.

하기의 본문에서, 본 발명은 실시예를 참조하여 보다 자세히 설명될 것인데, 상기 실시예에서:

도 1a는 본 발명에 따른 캡을 갖는 유전체 장벽 방전 램프의 부분 단면도이고,

도 1b는 도 1a에 도시된 상기 램프를 통과하는 선 AA에 따른 단면도이다.

도 1a와 도 1b는 본 발명에 따른, 부분적으로 단면으로 보여지는 캡과 선 AA에 따른 단면도를 각각 포함하는 유전체 장벽 방전 램프를 도식적으로 도시한다. 동일한 특징부들은 동일한 참조 숫자들로 제공된다. 이 램프는 오존 발생과 방사를 위한 자외선/진공 자외선 방사기로 사용되는데, 예를 들어, 포토리소그래피 (photolithography), 웨이퍼들의 자외선 경화(curing), 광분해(photolysis) 그리고 기타 유사한 것들에 사용된다.

상기 램프는 전극들과 캡 접촉을 갖는 캡(2)을 갖는 관형 방전 용기(1)를 포함한다.

크세논은 15kPa의 충전 압력을 갖는 충전 가스로서 석영 유리(quartz glass)로 만들어진 상기 방전 용기의 내부에 위치된다. 더욱이, 금속 와이어로 만들어진 나선형의 전극(3)(도 1b에서만 도시될 수 있음)은 상기 방전 용기(1)의 내부에 축 방향으로 배치된다. 상기 내부 전극(3)은 그 자체로 알려진 기밀의 전류 리드스루(도시되지 않음)에 의해 상기 캡(2) 내부로 통합된 접촉 핀(4)에 전기 전도적인 방식으로 연결되어 있다. 상기 접촉 핀은 상기 내부 전극(3)을 위한 캡 접촉으로서 이런 방법으로 동작한다.

백금으로 만들어진 여섯 개의 스트립형 외부 전극들(5a 내지 5f)은 단면이 원형인 상기 관형 방전 용기(1)의 외벽 상에 배치되고, 상기 방전 용기의 주위를 따라 균일하게 분포되어 있으며, 그 세로축(R)에 평행하다.

펄스 동작 동안, 많은 부분적인 방전들이 상기 방전 용기(1)의 내부에서 발생된다. 상기 전극 구성에 관하여, 이런 관점에서의 더 세부적인 사항들과 설계의 세부 사항들을 위하여 이미 인용된 바 있는 미국 특허 제 6,060,828 호의 도면들의 연관된 설명은 물론 도면들(5a 내지 5c)이 참조된다.

상기 캡(2)은 상기 방전 용기(1)의 제1 말단부 위로 밀어 내어진, 알루미늄으로 만들어진 캡 슬리브(6)를 갖는데, 이는 상기 외부 전극들(5a 내지 5f)의 연결된 말단부의 대략 5mm가 커버될 수 있도록 충분히 먼 상기 내부 전극의 전류 리드스루를 갖는다. 확대도는 여섯 개의 접촉 스프링들(7a, 7d)(접촉 스프링들(7b, 7c, 7e와 7f)은 도시되지 않음)이 상기 캡 슬리브(6)의 내벽에 부착되어 있음을 도시한다. 상기 접촉 스프링들(7a, 7d)과 상기 캡 슬리브(6) 사이의 연결은 전기 전도적이다. 더욱이, 상기 접촉 스프링들(7a, 7d)은 그 대응하는 외부 전극들(5a 내지 5f)에 탄성적으로 접촉하고 있는 방식으로 배치된다. 한편으로 상기 캡(2) 또는 상기 캡 슬리브(6)를 상기 방전 용기의 말단부에 설치시키는 것이 용이하도록 하기 위해, 그리고 다른 한편으로 신뢰성 있는 접촉을 보장하기 위해, 모든 접촉 스프링들(7a)(7b 내지 7f의 접촉 스프링들은 도 1a에 도시되지 않음)은 탄성 루프(resilient loop)의 타입을 형성하기 위해 상기 캡이 설치되는 방향의 반대 방향으로 구부러진 리프 스프링들로서 설계된다. 이런 방법으로, 상기 캡 슬리브(6)는 상기 외부 전극(5)을 위한 캡 접촉으로 작용한다. 전기 충격으로부터 보호하기 위하여, 상기 전기 연결을 위한 캡 슬리브(6)는 접지 전위를 갖게 된다. 반대로, 상기 설치된 상태에서 접근 불가능한 캡 핀(4)은 높은 전위에 연결된다. 물론, 서로 다른 전위 때문에, 상기 캡 핀(4)은 그 자체로 알려진 방식으로, 예를 들면 절연 물질(도시되지 않음)로 만들어진 캡 절연체에 내장되어 있는 상기 캡 핀(4)에 의하여, 상기 캡 슬리브(6)에 대하여 충분히 전기적으로 절연된다.

상기 스트립형 외부 전극들(5a 내지 5f)의 폭은 각 경우에 대략 1mm이고, 상기 접촉 스프링들(7a)의 폭은 각 경우에 1mm이다. 이것은 상기 방전 램프가 효율적으로 동작하는 것을 보장한다.

상기 방전 용기(1)로부터 멀리 떨어진 그 말단부에서, 상기 캡 슬리브(6)는 플랜지(flange)(8)의 형태로 계속된다. 상기 플랜지(8)는 지지대(도시되지 않음) 상에 안전한 설치를 가능케 해 주는데, 이는 캡(8) 및 전기적 전력 공급 소스로부터의 공급 도체들 사이의 전기적인 연결과 상기 램프의 기계적인 고정을 모두 담당한다. 플랜지 연결들은 진공 기술의 많은 영역들에서 표준이다. 그러므로, 이 실시예는 비워질 수 있는 자외선 방사 반응장치들(UV radiation reactors) 내의 설치에 특히 적절하다.

Claims (10)

1. 유전체 장벽 방전 램프(dielectric barrier discharge lamp)로서,

   양쪽 측면이 폐쇄되고 전리 가능한 충전물(ionizable fill)을 둘러싸는 연장된 방전 용기;

   상기 방전 용기의 외벽 상에 배치된 하나 또는 그 이상의 스트립형 외부 전극들;

   캡 슬리브(cap sleeve)를 갖는 캡;

   그 개수가 상기 스트립형 외부 전극들의 개수와 같은, 상기 캡의 내부에 배치된 하나 또는 그 이상의 접촉 스프링들(contact springs); 및

   하나 또는 그 이상의 각각의 스트립형 외부 전극이 하나 또는 그 이상의 대응하는 접촉 스프링에 전기 전도적으로 접촉하는 방식으로 상기 방전 용기의 한쪽 말단부를 둘러싸는 캡 슬리브를 포함하는 것을 특징으로 하는 방전 램프.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 하나 또는 그 이상의 대응하는 각각의 접촉 스프링이 리프 스프링(leaf spring)으로서 설계된 것을 특징으로 하는 방전 램프.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 캡에 더 쉽게 설치하고 신뢰성 있는 접촉을 보장하기 위하여, 상기 하나 또는 그 이상의 각각의 리프 스프링이 구부러져 탄성 루프(resilient loop) 형태를 이루는 것을 특징으로 하는 방전 램프.
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 하나 또는 그 이상의 각각의 접촉 스프링의 횡단 범위(transverse extent)가, 적어도 상기 접촉의 영역에서는 상기 대응하는 스트립형 외부 전극의 폭보다 작거나 같음을 특징으로 하는 방전 램프.
5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 캡 슬리브가 전기 전도성 물질로 구성되고, 상기 접촉 스프링들이 상기 캡 슬리브에 전기 전도적 방식으로 연결되어 있어, 그 결과로 상기 캡 슬리브가 제1 극성의 캡 접촉으로서 동작하는 것을 특징으로 하는 방전 램프.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 캡 슬리브가 플랜지(flange)로서 연장되는 것을 특징으로 하는 방전 램프.
7. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

   적어도 하나의 내부 전극이 상기 방전 용기의 내부에 배치되는 것을 특징으로 하는 방전 램프.
8. 제 7 항에 있어서,

   상기 내부 전극이 나선형이고 축 방향으로 향하는 것을 특징으로 하는 방전 램프.
9. 제 7 항에 있어서,

   상기 내부 전극이 제2 극성의 캡 접촉에 연결되는 것을 특징으로 하는 방전 램프.
10. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 방전 용기의 양쪽 측면이 캡으로 씌워지는 것을 특징으로 하는 방전 램프.

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