KR100846684B1 - 적어도 하나의 ｕ자형 가스 방전 램프를 가진 조명장치 - Google Patents

Abstract

가스 방전용 수은을 함유하며 대체로 U자형인 가스 방전 램프(1)가 고주파 드라이버 회로(6)에 접속된다. 상기 가스 방전 램프(1)가 최소 손실 및 최대 광 효율을 나타내면서 작동되도록 하기 위해서, 상기 고주파 드라이버 회로(6)의 출력단자(4, 5)는 각각 전기적으로 접지되지 않고, 상기 가스 방전 램프(1)의 중심 영역(11)이 전기적 접지(M)에 용량성 연결된다. 이로써 상기 중심 영역(11)에서 램프 전류가 현저히 감소되어, 그 곳에서 상기 가스 방전 램프(1)의 열 발생이 줄어듦으로써, 결과적으로 상기 영역에 가스 방전 공간 내에서 수은이 응축될 수 있는 가장 차가운 지점이 형성된다. 상기 방식으로 수은 증기압이 조정되고 광 효율이 최적화된다.

Description

적어도 하나의 Ｕ자형 가스 방전 램프를 가진 조명장치{LIGHTING UNIT COMPRISING AT LEAST ONE U-SHAPED GAS DISCHARGE LAMP}

가스 방전 램프, 특히 형광 램프는 조명을 목적으로 다양한 방식으로 사용된다. 이에 대한 일 예로, 액정 디스플레이와 같이 자체적으로 발광하지 않는 디스플레이 장치의 배경조명(backlight)이 있다.

가스 방전 램프는 사용되는 경우에 따라 상이한 형태의 램프 몸체로 이루어지며, 상기 램프 몸체 내 두 전극 사이에 가스 방전 공간이 형성된다. 상기 가스 방전 공간은, 아르곤 및 크세논과 같이, 불활성 가스 또는 불활성 가스 혼합물로 된 가스체 및 대개 소량의 수은 첨가물로 채워진다. 상기 불활성 가스는 가스 방전이 일어나도록 하는데 필수적이지만, 빛의 생성에는 별로 도움이 되지 않는다. 이와는 반대로 수은 원자는 자외선광을 방출하기 위해서 자유 전자들과의 충돌에 의해 여기되며, 상기 자외선광은 형광 램프의 경우에 램프 내부면에 있는 형광 물질층에 의해 가시광으로 변환된다. 온도가 올라감에 따라서 수은 증기압이 높아져서 상기 가스체 내에서의 빛의 생성에 이용되는 수은 원자의 수가 증가한다. 그러나 상기 가스체 내 수은 원자가 다른 한편으로는 빛을 흡수하는 작용도 하기 때문에, 가스 방전 램프의 광 효율과 관련하여 전반적으로 약 50℃의 작동온도가 최적이며, 상기 온도 이상 및 이하에서는 광 효율이 다시 떨어진다.

따라서 미국특허 제 5 909 085호에는 가스 방전 램프 외부의 임의의 장소에 열전 냉각기를 배치하는 것이 공지되어 있다. 기본적으로 수은은 가스 방전 공간 내 가장 차가운 지점에서 응축되기 때문에, 램프 온도가 50℃를 초과하는 경우에는 가스 방전 램프 전체를 냉각할 필요 없이 상기 열전 냉각기를 작동시켜 수은 증기압을 일정하게 유지할 수 있다.

상기 가스 방전 램프의 시동시 또는 낮은 주변 온도에서 작동될 때 가능한 한 빨리 최적의 작동온도에 도달하거나 상기 최적의 작동 온도를 유지하기 위해서, 상기 공지된 가스 방전 램프 주위에 그 전체 길이에 걸쳐서 가열 코일을 추가로 감는다. 그 결과, 상기 가스 방전 램프와 가열 코일 사이에 비교적 큰 누설 용량이 발생하여, 10㎑ 이상의 고주파수로 가스 방전 램프가 작동되면 그에 따른 파워 손실이 유발될 수도 있다. 그러나 다른 한편으로는 가스 방전 램프를 고주파수로 작동시키는 것이 바람직하기도 한데, 그 이유는 그로 인해 광 효율이 더 높아지고, 가스 기둥이 영점 전류로 흘러나가지 않고 안정적으로 연소되며, 램프 전류와 램프 전압 간의 영점을 향한 위상 이동이 일어나지 않기 때문이다.

이미 언급한 바와 같이, 가스 방전 램프는 사용되는 경우에 따라서 상이하게 형성된 램프 몸체를 구비할 수 있다. WO 98/12471에는 back-lit 백라이트 형태로된 조명장치가 공지되어 있으며, 상기 조명장치에서는 내부가 금속코팅된 라이트 박스 내에 대체로 U자형인 형광 램프가 배치되고, 상기 라이트 박스는 한 측면이 개방되어 있고 그 곳은 빛의 균일한 방사를 위하여 산광기로 덮여 있다.

본 발명의 목적은 가장 간단한 수단으로 최대한 높은 광 효율을 나타내면서 최대한 적은 손실이 발생하도록 가스 방전 램프가 작동되게 하는 것이다.

상기 목적은 본 발명에 따라서 적어도 하나의 대체로 U자형인 가스 방전 램프를 가진 조명장치에 의해 달성되며, 상기 가스 방전 램프는 가스 방전용 수은을 함유하고 있으며 그것의 전극들이 고주파 드라이버 회로의 출력단자들에 접속되며, 이 경우에 상기 고주파 드라이버 회로의 출력단자들은 각각 전기적으로 접지되어 있지 않고, 상기 가스 방전 램프의 중심 영역이 전기적 접지에 용량성으로 결합되어 있다. 이로써, 하기에서 보다 상세하게 설명되는 바와 같이, 상기 가스 방전 램프의 중심 영역, 즉 상기 가스 방전 램프의 평행하는 길이방향 부분들이 서로 연결되는 영역에서는 램프 전류가 급격히 감소되고, 그 결과 상기 장소에서는 열 발생이 급격하게 저하되어 가스 방전 공간 중에서 수은이 응축될 수 있는 가장 차가운 지점이 생긴다. 상기 방식에 따라 자체적으로 전류를 소모하는 활성 냉각 수단이 사용되지 않고도 매우 간단한 방법으로 가스 방전 램프 내 수은 증기압이 효과적으로 조정될 수 있다. 상기 가스 방전 램프의 중심 영역이 전기적 접지에 용량성 연결되어 있는 것은 상기 영역의 단락(short circuit)이나 마찬가지이며, 따라서 상기 가스 방전 램프의 평행하는 길이방향 부분들에서는 램프 전류가 어떤 방식으로도 감소되지 않고 오히려 상승된다. 상기 가스 방전 램프의 평행한 양쪽 길이방향 부분과 전기적 접지 사이에 존재하는, 미미하지만 완전하게 회피할 수 없는 누설 용량으로 인하여, 상기 양 길이방향 부분 각각에서의 램프 전류는 각각의 전극으로부터 상기 가스 방전 램프의 중심 영역으로 가면서 일정하게 조금씩 감소한다; 그러므로 평행한 양 길이방향 부분들에서의 램프 전류로부터 야기되는 누설 자장(stray field)은 모두 합해 0(zero)이다.

상기 가스 방전 램프의 중심 영역에서 과잉 열을 효과적으로 방산하기 위해서, 상기 가스 방전 램프는 상기 영역에서 추가적으로 열적 접지에 연결될 수 있으며, 이 경우에 상기 열적 및 전기적 접지는 사실상 플레이트와 같은 하나의 구조체로 형성될 수 있다. 이 경우에 상기 열적 연결은 열전도 페이스트에 의해 더욱 개선될 수 있다. 그러나 어떤 경우에서든 방산될 열량은 공지되어 있는 가스 방전 램프들의 경우보다 훨씬 적은데, 그 이유는 본 발명에 따른 가스 방전 램프에서는 램프의 중심 영역에서의 열 발생이 현저하게 감소되기 때문이다.

본 발명에 따른 조명장치에 대한 한 바람직한 실시예에서는 전기적 및/또는 열적 접지가 금속 라이트 박스로 구성되고, 상기 금속 라이트 박스 내부에는 적어도 하나의 가스 방전 램프가 배치되며, 이때 상기 가스 방전 램프의 전극들은 상기 라이트 박스의 한 측면에서 상기 라이트 박스로부터 돌출하고, 상기 가스 방전 램프의 중심 영역은 상기 라이트 박스의 그 반대쪽 측면에서 상기 라이트 박스에 인접한다.

상기 고주파 드라이버 회로의 출력단자들이 전기적으로 접지되지 않도록 하기 위해서, 바람직하게는 상기 고주파 드라이버 회로에 회로측 코일 및 램프측 코일을 포함하는 출력 변압기(output transformer)가 구비되며, 이 경우 상기 램프측 코일의 단부에 출력단자들이 형성된다.

본 발명은 하기에서 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명된다.

도 1은 U자형 가스 방전 램프 및 고주파 드라이버 회로를 가진 종래의 조명장치에 대한 간단한 회로 예이며,

도 2는 도 1에 따른 공지된 조명장치에서의 램프 전류의 특성곡선에 대한 예이며,

도 3은 U자형 가스 방전 램프 및 고주파 드라이버 회로를 가진 본 발명에 따른 조명장치에 대한 간단한 회로 예이며,

도 4는 도 3에 따른 조명장치에서의 램프 전류의 특성곡선에 대한 예이며,

도 5는 라이트 박스 내에 배치된 가스 방전 램프를 가진 본 발명에 따른 조명장치에 대한 실시예이며, 그리고

도 6은 도 5에 도시된 조명장치에 대한 부분 횡단면도이다.

도 1은 불활성 가스 충전제 이외에도 소량의 수은을 함유한 U자형 가스 방전 램프(1)를 도시하며, 상기 가스 방전 램프(1)의 전극(2 및 3)은 고주파 드라이버 회로(6)의 출력단자(4 및 5)에 접속되어 있다. 상기 고주파 드라이버 회로(6)는 전자 드라이버 장치(7), 및 회로측 코일(9)과 램프측 코일(10)을 가진 출력 변압기(8)를 포함하며, 상기 램프측 코일(10)의 단부는 출력단자(4 및 5)와 연결되어 있다. 상기 출력단자(5)는 전기적 접지(M)와 연결되어 있다. 상기 가스 방전 램프(1)가 고주파수로 작동되면, 상기 가스 방전 램프와 전기적 접지(M) 사이에 누설 손실을 야기할 수 있는 누설 용량이 작용한다. 본 도면에서 상기 누설 용량은 단일 용량(C_S)으로서 간단히 도시되었으나 사실상 상기 가스 방전 램프(1)의 길이에 걸쳐 연속적으로 분포하는 용량을 형성한다. 마찬가지로 본 도면에서 가스 방전 램프(1) 내부의 가스 방전 경로의 임피던스는 누설 용량들(C_S) 사이의 단일 임피던스(R)의 형태로 간략화하여 도시되어 있다. 접지에서 먼 쪽에 있는 출력단자(4)에서 가스 방전 램프(1)로 흘러 들어가는 램프 전류(I)로부터 누설 전류(I_S)가 누설 용량(C_S)을 거쳐 연속적으로 전기적 접지(M) 방향으로 흘러나감으로써, 상기 전기적 접지(M)와 결합되어 있는 출력단자(5)에서 모든 누설 전류(I_S)의 총합만큼 감소된 램프 전류(I)가 상기 가스 방전 램프(1)로부터 방출된다. 이로써, 한편으로는 상기 전극 2로부터 전극 3의 방향으로 상기 가스 방전 램프(1)의 휘도가 감소되고, 다른 한편으로 상기 가스 방전 램프(1)의 주변에 그로 인한 누설 자계(H_res)가 생겨나는데, 그 이유는 가스 방전 램프(1)의 평행한 양 길이방향 부분들의 각각 서로 직접 마주하는 지점에서의 램프 전류의 값(들)이 상이한 강도를 가짐으로써 상이한 누설 자계(H₁ 및 H₂)가 발생하기 때문이다.

도 2는 누설 손실로 인하여 가스 방전 램프(1)의 길이(L)에 걸쳐 연속적으로 감소되어 가는 램프 전류의 특성곡선을 예시적으로 도시한다.

도 3에 도시된 본 발명에 따른 조명장치의 회로 예는, 상기 고주파 드라이버 회로(6)의 양 출력단자(4 및 5)가 접지되어 있지 않고 상기 가스 방전 램프(1)의 중심 영역(11), 즉 상기 가스 방전 램프(1)의 평행한 양 길이방향 부분이 횡단부를 통해 서로 결합되는 지점이 전기적 접지(M)와 용량성 연결된다는 점에서 도 1에 따른 공지된 조명장치의 예와 구별된다. 점선으로 표시된 바와 같이, 상기 가스 방전 램프(1)의 트리거링과 관련하여 강제적 밸런스를 달성하기 위해서, 경우에 따라서는 변압기(8)의 램프측 코일(10)이 중앙 탭을 통해 마찬가지로 전기적 접지(M)와 연결될 수 있다; 그러나 상기 가스 방전 램프(1)의 근본적인 작동에 있어서 상기 연결은 아무 의미가 없다. 필연적인 누설 용량(C_S)으로 인하여 본 발명에 따른 조명장치에서도 누설 전류(I_S)가 흐르게 되는데, 그러나 이 경우에 상기 누설 전류(I_S)는 도 1에 따른 예에서와는 달리 상기 가스 방전 램프(1)의 한 쪽 반부로부터 흘러나와서 상기 가스 방전 램프(1)의 다른 반부로 다시 흘러들어 간다. 따라서 누설 전류(I_S)에 기인하여 램프 전류가 상기 가스 방전 램프(1)의 양 반부에서 전극(2 또는 3)으로부터 상기 가스 방전 램프(1)의 중심 방향으로 약간 감소되도록 하기 위해, 램프 전류는 상기 가스 방전 램프(1)의 양 전극(2 및 3)에서 각각 최대 값(I)을 갖는다. 그러므로 상기 양 램프 반부의 서로 직접 마주하는 지점에서 램프 전류에 의해 야기된 누설 전계(H₁ 및 H₂)는 동일한 값을 갖게 되어 상쇄됨으로써, 결과적으로 누설 전계가 발생하지 않게 된다. 상기 가스 방전 램프(1)의 중심 영역에서는, 전기적 접지(M)와의 의도적인 거대한 용량성 결합으로 인해, 상기 가스 방전 램프에 흐르고 있는 램프 전류가 현저하게 감소된다. 이 경우에 상기 용량성 결합(C_K)은 단락과 같은 작용을 하는데, 상기 단락은 상기 가스 방전 램프(1)의 중심 영역(11)이 시작되는 부분에서는 램프 전류의 대부분을 가스 방전 경로로부터 분기시키고, 상기 중심 영역(11)에서는 통과하여 지나가게 하며, 상기 중심 영역(11)의 끝에서는 다시 가스 방전 경로로 공급한다. 상기 가스 방전 램프(1)의 중심 영역(11)에서 감소되어 있는 램프 전류로 인하여 그 곳에서는 열 발생도 현저하게 떨어지게 됨으로써, 거기에 가스 방전 공간 중 가장 차가운 지점이 형성되고 가스체 내에 함유되어 있던 수은이 응축될 수 있다. 이러한 방식으로 가스 방전 공간 내 수은 증기압이 조절된다.

도 4는 상기 가스 방전 램프(1)의 길이(L)에 걸친 전술한 램프 전류의 특성곡선 대한 예를 도시한다.

도 5에 도시된 본 발명에 따른 조명장치의 실시예는 도 3에 도시된 가스 방전 램프(1) 4개를 구비하며, 상기 4개의 가스 방전 램프(1)는, 전극(2 및 3)이 라이트 박스(12)의 한 측면(13)에서 상기 라이트 박스로부터 돌출하고 상기 라이트 박스(12)의 그 마주하는 측면(14)에 상기 가스 방전 램프(1)의 중심 영역(11)이 전기적 용량성 접촉 및 열적 접촉되어 인접하는 방식으로, 라이트 박스(12) 내에 나란히 놓이도록 배치된다. 이 경우에 상기 라이트 박스(12)는 상기 가스 방전 램프(1)로부터 상기 측면(14)으로 전달되는 열을 방산하기 위한 전기적 접지(M)와 열적 접지를 모두 형성한다. 상기 라이트 박스(12)의 측면 13에는, 여기서는 유닛(16) 내에 조립되는, 개별 형광 램프들(1)을 위한 고주파 드라이버 회로를 수용하는 칸막이(15)가 접하고 있다. 상기 라이트 박스(12)의 내부면은 금속코팅되며, 도 5에 따른 조명장치의 부분 횡단면도를 도시하는 도 6과 같이, 관찰자를 향하고 있는 면은 균일한 빛의 분배를 위해 산광기(17)로 덮여 있다.

라이트 박스(12)로 형성된 전기적인 접지(M)로의 가스 방전 램프(1)의 중심 영역(11)의 용량성 연결은 예컨대 상기 가스 방전 램프(1)의 관련 지점을 금속으로 피복하거나 금속 플레이트 부품을 적절하게 배치함으로써 강화할 수 있다. 또한 상기 가스 방전 램프(11)의 중심 영역을 라이트 박스(12)의 측면(14)에 있는 적합한 홈 내에 배치시시키거나, 도 5에 따른 예 대신에 상기 라이트 박스(12)의 외부에 인접시킬 수도 있다. 궁극적으로 열적 접지 연결 및 전기적 접지 연결은 열전도 페이스트를 이용하여 향상될 수 있다.

Claims (5)

1. 적어도 하나의 U자형 가스 방전 램프(1)를 가진 조명장치로서,

   상기 가스 방전 램프(1)는 가스 방전용 수은을 함유하고,

   상기 가스 방전 램프(1)의 전극(2, 3)이 고주파 드라이버 회로(6)의 출력단자(4, 5)에 접속되고,

   상기 고주파 드라이버 회로(6)의 출력단자(4, 5)는 각각 전기적으로 접지되지 않으며,

   상기 가스 방전 램프(1)의 중심 영역(11)이 전기적 접지(M)에 용량성 연결되는,

   조명장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 적어도 하나의 가스 방전 램프(1)의 중심 영역(11)은 또한 열적 접지에 연결되는,

   조명장치.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 전기적 접지(M)는 금속으로 된 라이트 박스(12)로 이루어지며,

   상기 라이트 박스(12)의 한 측면(13)에서 상기 라이트 박스로부터 상기 가스 방전 램프(1)의 전극(2, 3)이 돌출하고 또한 상기 라이트 박스(12)의 그 반대편 측면(14)에서 상기 가스 방전 램프의 중심 영역(11)이 상기 라이트 박스에 접하는 방식으로, 상기 적어도 하나의 가스 방전 램프(1)가 상기 라이트 박스(12) 내에 배치되는,

   조명장치.
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 고주파 드라이버 회로(6)가 회로측 코일 및 램프측 코일(9, 10)을 가진 출력 변압기(8)를 포함하며, 상기 출력단자(4, 5)가 상기 램프측 코일(10)의 단부에 형성되는,

   조명장치.
5. 제 2항에 있어서,

   상기 전기적 및 열적 접지들은 하나의 구조체에 의해 형성되는,

   조명장치.

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