KR100839847B1 - 무전극 조명기기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 무전극 조명기기에 관한 것으로서, 고주파 발생부와; 상기 고주파 발생부에서 발생된 고주파를 안내하는 도파관과; 상기 도파관의 일측에 구비되어 안내된 고주파를 이용하여 공진모드를 형성하는 공진기와; 상기 공진기의 내부에 구비되어 발광물질이 충전되는 공간을 형성하는 내피와 상기 내피의 주연부에 구비되어 상기 내피의 외부 노출을 차단하는 외피로 이루어지는 발광부와, 상기 발광부를 지지하는 지지부로 구성되는 것을 특징으로 한다. 이에 의해, 무전극전구의 발광부 내부의 온도 상승으로 인하여 발광부 주변에서 발생하는 공기의 대류 현상을 억제하여 발광부 자체의 온도 저하를 방지함으로써 발광부의 발광 효율을 제고할 수 있는 무전극 조명기기가 제공된다.

Description

무전극 조명기기{PLASMA LIGHTING SYSTEM}
도 1은 종래의 무전극 조명기기의 구조를 개략적으로 도시한 단면도,
도 2는 도 1의 무전극 조명기기의 무전극 전구의 구조를 도시한 평면도,
도 3은 무전극전구에서의 S3 필터효과를 설명하기 위한 그래프,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 무전극 조명기기의 구조를 개략적으로 도시한 단면도,
도 5는 도 4의 무전극 조명기기의 구조를 도시한 평면도,
도 6a, 6b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 무전극전구의 구조를 도시한 평면도,
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 무전극전구의 발광효율 도시한 표이다.
** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **
10 : 케이싱 20 : 고전압 발생부
30 : 고주파 발생부 40 : 도파관
50 : 공진기 60 : 무전극전구
61 : 발광부 61a : 내피
61b : 외피 62 : 지지부
70 : 미러
본 발명은, 무전극 조명기기에 관한 것으로서, 특히, 무전극전구의 발광부 내부의 온도 상승으로 인하여 발광부 주변에서 발생하는 공기의 대류 현상을 억제하여 발광부 자체의 온도 저하를 방지함으로써 발광부의 발광 효율을 제고할 수 있는 무전극 조명기기에 관한 것이다.
도 1은 종래의 무전극 조명기기의 구조를 개략적으로 도시한 단면도이고, 도 2는 도 1의 무전극 조명기기의 무전극 전구의 구조를 도시한 평면도이며, 도 3은 무전극전구에서의 S3 필터효과를 설명하기 위한 그래프이다.
도 1과 도 2에 도시한 바와 같이, 종래의 무전극 조명기기는, 외관을 형성하는 케이싱(10)과, 케이싱(10)의 일측에 구비되는 고전압 발생부(20)와, 고전압 발생부(20)에서 발생된 전압이 인가되면 고주파를 갖는 전자파를 발생시키는 고주파 발생부(30)와, 고주파 발생부(30)에서 발생된 전자파를 안내하는 도파관(40)과, 도파관(40)의 일측면에 구비되어 전자파의 외부 방출은 차폐하고 빛은 외부로 투과하는 공진기(50)와, 공진기(50)의 내부에 구비되어 공진기(50)에 의하여 형성된 공진모드로 인하여 플라즈마화되면서 빛을 발생시키는 무전극전구(60)를 포함하여 구성되어 있다.
도파관(40)은 원통 형상의 관으로 일측면은 전자파 발생부(30)와 연결되어 있으며 도파관(40)의 상단면에는 도파관(40)의 내부를 통하여 안내된 전자파가 공 기진(50) 측으로 인가될 수 있도록 관통공(41)이 관통 형성되어 있다.
공진기(50)는 도파관(40)을 통하여 안내된 전자파가 내부로 인가될 수 있도록 관통공(41)과 연통되게 도파관(40)의 상단면에 고정결합되어 있으며, 무전극전구(60)를 내부공간에 수용하며 상기 내부공간의 둘레방향을 따라 전자파의 외부 방출을 차폐하고 무전극전구(60)에서 발생한 빛을 외부로 투과할 수 있도록 그물 구조를 갖는 메시로 이루어진다.
무전극전구(60)는 봉입물질이 봉입되는 소정의 내부 체적을 가지는 구형상의 발광부(61)와, 발광부(61)와 일체로 동일 재질로 연장 형성되는 고정부(62)로 구성되어 있다.
발광부(61)는 공진기(50)의 내부공간에 설치되고 지지부(62)는 도파관(40)의 중심부를 지나도록 관통되게 설치되어 있으며, 그와 같이 설치된 고정부(62)는 케이싱(10)의 내부에 설치된 구동모터(90)의 모터축에 연결되어 일정한 속도로 회전되도록 되어 있다.
이러한 발광부(61)는 주로 석영(quartz)과 같이 광투과율이 높고 유전손실이 극히 적은 재질로 제작되며, 내부공간을 형성하는 외피는 단일 겹으로 형성되어 있다.
또한, 발광부(61)의 내부에 봉입되는 봉입물질은 플라즈마를 형성하여 발광을 주도하는 금속, 할로겐족 화합물, 이원자 황 또는 셀런 등과 같은 발광물질과, 발광초기에 발광부(61)의 내부에 플라즈마를 형성시키기 위한 아르곤 가스, 크립톤 가스 등의 불활성가스와, 수은과 같이 초기방전을 도와 점등을 용이하게 하거나 발 생되는 빛의 스펙트럼 등을 조절하기 위한 방전촉매물질로 이루어진다.
미러(70)는 관통공(41)의 직경과 동일한 직경을 갖는 원판 형상으로 형성되어 관통공(41)에 삽입되며, 미러(70)의 중심은 무전극전구(60)의 지지부(62)가 관통하여 도파관(40)의 외부로 연장 형성되어 있다.
도면중 미설명 부호인 70은 미러, 80은 반사갓, 100은 냉각팬, 110은 상기 냉각팬을 회전시키는 제2구동모터, 120은 에어덕트이다.
이러한 구성에 의하여, 종래의 무전극 조명기기는, 고전압 발생부(20)에 구동 신호를 입력하면 고전압 발생부(20)는 교류 전원을 승압하여 승압된 고전압을 전자파 발생부(30)에 공급하고 전자파 발생부(30)는 고전압에 의해 발진하면서 매우 높은 주파수를 갖는 전자파를 생성한다. 이 전자파는 도파관(40)을 거쳐서 공진기(50) 내부로 방사되면서 무전극전구(60) 내에 충전된 불활성가스를 여기(exiting)시켜 발광물질이 지속적으로 플라즈마화 되면서 고유한 방출 스펙트럼을 가지는 빛을 발생하고, 이 빛은 무전극전구(60)의 후방에 배치된 미러(70)의 표면에 도달한 후 무전극전구(60)의 전방으로 반사되어 공간을 밝히는 것이다.
그런데, 이러한 종래의 무전극 조명기기에 있어서는, 무전극전구(60)의 발광부(61) 주변에서 공기의 대류 현상이 활발히 발생되므로 발광부(61)의 온도가 내려가게 되고, 이로 인하여 발광부(61) 내부의 삼원자 황분자(S3)의 양이 늘어나게 된다. 도 3에 도시된 바와 같이, 발광부(61)에 봉입된 이원자 황분자(S2)는 발광부(61)의 전체에 고르게 분포하지만, 삼원자 황분자(S3)는 발광부(61)의 내벽 주위 에서 그 밀도가 크게 증가한다. 이러한 삼원자 황분자(S3)는 암갈색의 물질로서 발광부(61)에서 발생된 빛의 외부 방출을 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 발광부(61)에서 발생된 빛의 외부 방출을 차단하게 되어 결과적으로 무전극전구(60)의 발광 효율을 저하시킨다는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명의 목적은, 무전극전구의 발광부 내부의 온도 상승으로 인하여 발광부 주변에서 발생하는 공기의 대류 현상을 억제하여 발광부 자체의 온도 저하를 방지함으로써 발광부의 발광 효율을 제고할 수 있는 무전극 조명기기를 제공하는 것이다.
상기 목적은, 본 발명에 따라, 고주파 발생부와; 상기 고주파 발생부에서 발생된 고주파를 안내하는 도파관과; 상기 도파관의 일측에 구비되어 안내된 고주파를 이용하여 공진모드를 형성하는 공진기와; 상기 공진기의 내부에 구비되어 발광물질이 충전되는 공간을 형성하는 내피와 상기 내피의 주연부에 구비되어 상기 내피의 외부 노출을 차단하는 외피로 이루어지는 발광부와, 상기 발광부를 지지하는 지지부로 구성되는 무전극전구를 포함하는 무전극 조명기기에 의해 달성된다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다.
다만, 종래의 구성과 동일한 부분에 대해서는 동일한 참조 부호를 부여하고, 그에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 무전극 조명기기의 구조를 개략적으로 도시한 단면도이고, 도 5는 도 4의 무전극 조명기기의 구조를 도시한 평면도이며, 도 6a, 6b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 무전극전구의 구조를 도시한 평면도이고, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 무전극전구의 발광효율 도시한 표이다.
도 4와 도 5에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 무전극 조명기기는, 고주파 발생부(30)와, 고주파 발생부(30)에서 발생된 고주파를 안내하는 도파관(40)과, 도파관(40)의 일측에 구비되어 안내된 고주파를 이용하여 공진모드를 형성하는 공진기(50)와, 공진기(50)의 내부에 구비되어 발광물질이 충전되는 공간을 형성하는 내피(61a)와 내피(61a)의 주연부에 구비되어 내피(61a)의 외부 노출을 차단하는 외피(61b)로 이루어지는 발광부(61)와, 발광부(61)를 지지하는 지지부(62)로 구성되는 무전극전구(60)를 포함하여 구성되어 있다.
무전극전구(60)는 소정의 내부 체적을 가지고 빛을 발생시키는 발광부(61)와, 발광부(61)와 일체로 동일 재질로 연장 형성되는 고정부(62)로 구성되어 있다.
발광부(61)는 공진기(50)의 내부 공간에 설치되며, 구형상으로 형성되어 일정한 내부 공간을 구비하고 그 내부 공간에 발광물질이 충진된 내피(61a)와, 내피(61a)의 주연부에 구형상으로 형성되며, 내피(61a)보다 더 큰 직경을 갖으며 내피(61a)의 외부 노출을 차단하는 외피(61b)로 구성된다.
내피(61a)의 내부공간에 봉입되는 봉입물질은 플라즈마를 형성하여 발광을 주도하는 금속, 할로겐족 화합물, 이원자 황 또는 셀런 등과 같은 발광물질과, 발광초기에 발광부(61)의 내부에 플라즈마를 형성시키기 위한 아르곤 가스, 크립톤 가스 등의 불활성가스와, 수은과 같이 초기방전을 도와 점등을 용이하게 하거나 발생되는 빛의 스펙트럼 등을 조절하기 위한 방전촉매물질로 이루어진다.
이러한 발광부(61)의 내피(61a)와 외피(61b)는 주로 석영(quartz)과 같이 광투과율이 높고 유전손실이 극히 적은 재질로 제작되며, 내피(61a)와 외피(61b)의 이격거리는 통상 1mm 정도로 제작된다.
외피(61b)의 두께는 내피(61a)에 충진된 발광물질에서 발생된 빛이 외부로 투과될 때, 투과율이 저하됨을 방지하기 위하여 그 두께가 적어도 1mm 이하가 되도록 형성되는 것일 바람직하다.
또한, 내피(61a)와 외피(61b) 사이의 공간은 내피(61a)에서의 발광으로 인하여 증가된 온도가 내피(61a) 주변에서의 대류로 인하여 외부로 방출됨을 최대한 방지할 수 있도록 진공 상태로 유지시키는 것이 바람직하다.
이는, 내피(61a)의 온도가 내려가게 되면, 내피(61a) 내부에 암갈색을 띠는 삼원자 황분자(S3)의 양이 증가하게 되어 내피(61a)에서 발생된 빛의 외부 방출을 차단하게 되는 필터효과를 방지하기 위함이다.
내피(61a)와 외피(61b) 사이의 공간은 200 torr 이상 3 기압(2280 torr) 이하의 기압으로 질소가스가 충진될 수도 있으며, 가장 이상적으로는 200 torr 이상 760 torr 이하로 충진됨이 바람직하다.
이는, 내피(61a)와 외피(61b) 사이의 공간이 진공일 경우에는 외부에서 인가된 고주파를 갖는 전자파에 의하여 내피(61a)와 외피(61b) 사이의 공간에서 아크가 생기는 경우가 발생되어, 내피(61a)의 내부로 전달되는 전자파의 에너지가 손실됨을 방지하기 위함이다.
지지부(62)는 도파관(40)의 중심부를 지나도록 관통되게 설치되어 있으며, 그와 같이 설치된 고정부(62)는 케이싱(10)의 내부에 설치된 구동모터(90)의 모터축에 연결되어 일정한 속도로 회전되도록 되어 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 무전극 조명기기는 외피(61b)의 형상을 제외한 나머지 부분은 본 발명의 일 실시예와 동일하므로 그에 대한 설명은 생략하기로 하고, 외피(61b)의 형상에 대해서만 설명하기로 한다.
도 6a와 도 6b에 도시한 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 무전극 조명기기의 외피(61b)는 실린더(원통) 형상으로 형성되어 그 직경은 25 mm로 형성되고 높이는 30 mm로 형성되어 내피(61a)의 주연부에 설치된다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 무전극 조명기기의 외피(61b)는 내피(61a)의 상반구 측의 주연부에 위치한 외피(61b)는 반구형으로 형성되고, 내피(61a)의 하반구 측의 주연부에 위치한 외피는 원뿔형으로 형성되어 있다.
여기서, 외피(61b) 표면에 분포되는 온도의 균일도를 상승시킬 수 있도록 지지부(62)의 단부에서부터 외피(61b)와 지지부(62)가 접촉되는 지점까지의 거리는 내피(61a)의 반지름보다 더 길게 형성된다.
도 7에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 무전극 조명기기에서 복수겹의 발광부를 구비한 무전극 조명기기의 광효율은 색온도가 낮을수록 또한 고출력의 무전극 조명기기일수록 광효율의 향상 효과가 커지는 것을 알 수 있다.
이러한 구성에 의하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 무전극 조명기기, 고전압 발생부(20)에 구동 신호를 입력하면 고전압 발생부(20)는 교류 전원을 승압하여 승압된 고전압을 전자파 발생부(30)에 공급하고 전자파 발생부(30)는 고전압에 의해 발진하면서 매우 높은 주파수를 갖는 전자파를 생성한다. 이 전자파는 도파관(40)을 거쳐서 공진기(50) 내부로 방사되면서 무전극전구(60) 내에 충전된 불활성가스를 여기(exiting)시켜 발광물질이 지속적으로 플라즈마화 되면서 고유한 방출 스펙트럼을 가지는 빛을 발생하고, 이 빛은 무전극전구(60)의 후방에 배치된 미러(70)의 표면에 도달한 후 무전극전구(60)의 전방으로 반사되어 공간을 밝히게 되는데, 여기서 발광부(61)의 외피(61b)가 내피(61a)의 주연부에서의 대류작용을 억제하여 내피(61a)의 온도가 하강하는 현상을 방지할 수 있으므로, 내피(61a) 내부에서 암갈색을 띠는 삼원자 황분자(S3)의 양이 증가하여 내피(61a)에서 발생된 빛이 외부 방출되지 않는 현상을 방지할 수 있으므로 결과적으로 무전극전구의 발광효율을 향상시키게 된다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 고주파 발생부와; 상기 고주파 발생부에서 발생된 고주파를 안내하는 도파관과; 상기 도파관의 일측에 구비되어 안내된 고주파를 이용하여 공진모드를 형성하는 공진기와; 상기 공진기의 내부에 구비되어 발광물질이 충전되는 공간을 형성하는 내피와 상기 내피의 주연부에 구비되어 상기 내피의 외부 노출을 차단하는 외피로 이루어지는 발광부와, 상기 발광부를 지지하는 지지부로 구성되는 무전극전구를 구비하도록 함으로써, 무전극전구의 발광부 내부의 온도 상승으로 인하여 발광부 주변에서 발생하는 공기의 대류 현상을 억제하여 발광부 자체의 온도 저하를 방지함으로써 발광부의 발광 효율을 제고할 수 있는 효과가 있다.

Claims (8)

  1. 고주파 발생부와;
    상기 고주파 발생부에서 발생된 고주파를 안내하는 도파관과;
    상기 도파관의 일측에 구비되어 안내된 고주파를 이용하여 공진모드를 형성하는 공진기와;
    상기 공진기의 내부에 구비되어 발광물질이 충전되는 공간을 형성하는 내피와 상기 내피의 주연부에 구비되어 상기 내피의 외부 노출을 차단하는 외피로 이루어지는 발광부와, 상기 발광부를 지지하는 지지부로 구성되는 무전극전구;를 포함하고,
    상기 내피와 상기 외피 사이의 공간에는 소정의 가스가 충전되는 것을 특징으로 하는 무전극 조명기기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 내피는 구형상으로 형성되고, 상기 외피는 상기 내피보다 상대적으로 큰 직경을 갖는 구형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 무전극 조명기기.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 내피는 구형상으로 형성되고, 상기 외피는 실린더 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 무전극 조명기기.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 내피는 구형상으로 형성되고, 상기 내피의 상반구 측의 주연부에 위치한 외피는 반구형으로 형성되고, 상기 내피의 하반구 측의 주연부에 위치한 외피는 원뿔형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 무전극 조명기기.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 지지부의 단부에서부터 상기 외피와 상기 지지부가 접촉되는 지점까지의 거리는 상기 내피의 반지름보다 더 길게 형성되는 것을 특징으로 하는 무전극 조명기기.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서,
    상기 가스는 질소이며, 그 충진 기압은 200 torr 이상 760 torr 이하인 것을 특징으로 하는 무전극 조명기기.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20050054770A (ko) * 2003-12-06 2005-06-10 엘지전자 주식회사 플라즈마 램프 시스템의 전구

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