KR100856779B1 - 마이크로파를 이용한 조명기기 및 그의 공진기 - Google Patents

마이크로파를 이용한 조명기기 및 그의 공진기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 마이크로파를 이용한 조명기기 및 그의 공진기에 관한 것이다. 본 발명에 따른 마이크로파를 이용한 조명기기는, 마이크로파를 발생시키는 마이크로파발생부와; 상기 마이크로파발생부의 출력측에 배치되며 마이크로파의 누설을 차폐하여 내부에 공진모드가 이루어지도록 하는 공진기와; 마이크로파에 의해 여기되어 발광하는 발광물질을 내부에 구비하여 형성되고 상기 공진기의 내부에 고정 배치되는 원통형상의 무전극전구를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 의해, 무전극전구의 국부가열을 방지하여 구성 부품 수를 줄일 수 있으며 제조가 용이하고 비용을 저감할 수 있다.

Description

마이크로파를 이용한 조명기기 및 그의 공진기{ELECTRODELESS LIGHTING SYSTEM USING MICROWAVE AND RESONATOR THEREOF}
도 1은 종래의 무전극 조명기기의 단면도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로파를 이용한 무전극 조명기기의 사시도,
도 3은 도 2의 공진기의 내부의 전기장의 분포를 도시한 단면도,
도 4는 도 2의 공진기의 정면도,
도 5는 도 2의 도파관 및 공진기의 단면도,
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 마이크로파를 이용한 무전극 조명기기의 공진기의 측단면도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
111 : 케이싱 121 : 마이크로파발생부
123 : 고전압발생부 125 : 도파관
127 : 슬롯 131 : 공진기본체
132 : 반사부 137 : 전구고정부
141 : 차폐부재 145 : 무전극전구
본 발명은, 마이크로파를 이용한 무전극 조명기기 및 그의 공진기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 무전극전구의 국부가열을 방지하여 구성 부품 수를 줄일 수 있으며 제조가 용이하고 비용을 저감할 수 있도록 한 마이크로파를 이용한 무전극 조명기기 및 그의 공진기에 관한 것이다.
도 1은 종래의 무전극 조명기기의 단면도이다. 도시된 바와 같이, 무전극 조명기기는, 내부에 수용공간을 형성하는 케이싱(11)과, 케이싱(11)의 내부에 수용 설치되어 고주파 에너지를 발생시키는 고주파발생부(21)와, 케이싱(11)의 내부에 배치되어 고주파발생부(21)에 고전압을 인가하는 고전압발생부(25)와, 케이싱(11)의 일 측에 배치되며 고주파의 방출을 차폐하여 내부에 공진모드가 이루어지도록 하는 공진기(31)와, 공진기(31)의 내부에 배치되고 고주파에 의해 여기(exciting)되어 발광하는 무전극전구(41)를 구비하고 있다.
고주파발생부(21)는 통상 마그네트론 등을 형성되어 마이크로웨이브를 발생시키도록 구성되며, 고주파발생부(21)의 일 측에는 공진기(31)로 마이크로파를 안내할 수 있도록 도파관(23)이 형성되어 있다. 도파관(23)의 출구측에는 내부에 공진모드가 이루어지도록 공진기(31)가 설치되어 있으며, 공진기(31)의 내부에는 무전극전구(41)가 회전가능하게 수용 설치되어 있다. 공진기(31)의 일 측에는 미러(33)가 설치되어 있으며, 공진기(31)의 외부에는 발광된 빛을 반사할 수 있도록 반사갓(35)이 설치되어 있다.
무전극전구(41)는, 내부에 고주파에 의해 여기되어 플라즈마화되면서 발광하는 불활성개스 등의 발광물질이 수용되는 구체로 형성된 발광부(43)와, 일 단이 발광부(43)와 일체로 결합되어 발광부(43)를 회전가능하게 지지하는 막대형상의 지지부(45)를 구비하고 있다. 지지부(45)는 도파관(23)에 회전가능하게 삽입되어 있으며, 도파관(23)의 일 측에는 강한 선형 형태의 전기장에 의한 발광부(43)의 국부 가열을 방지하기 위해 지지부(45)와 결합되어 지지부(45)를 회전구동시키는 전구모터(47)가 설치되어 있다.
케이싱(11)의 일 측에는 고주파발생부(21)를 냉각시킬 수 있도록 덕트(15)가 설치되어 있으며, 덕트(15)의 내부에는 공기의 유동을 촉진시킬 수 있도록 회전가능하게 송풍팬(17)이 설치되어 있다. 덕트(15)의 외부에는 송풍팬(17)을 회전구동시킬 수 있도록 팬모터(18)가 설치되어 있다.
이러한 구성에 의하여, 고전압발생부(25)에 의해 발생된 고전압이 고주파발생부(21)에 인가되면 고주파발생부(21)는 고주파에너지, 즉 마이크로파를 발생시키게 된다. 마이크로파는 도파관(23)을 따라 공진기(31)의 내부로 방사되고, 이에 의해 무전극전구(41)의 내부의 발광물질이 여기(exciting)되어 플라즈마화되면서 고유한 방출스펙트럼을 가지는 빛을 발생하게 된다. 이 때, 전구모터(47)는 무전극전구(41)의 국부가열을 방지할 수 있도록 무전극전구(41)를 회전구동시킨다.
그런데, 이러한 종래의 무전극 조명기기에 있어서는, 무전극전구(41)를 회전구동시키도록 구성되어 있어, 무전극전구(41)와 전구모터(47)의 연결 시 무전극전구(41)의 깜박거림이나 플라즈마 방전의 꺼짐을 방지하기 위해 무전극전구(41)와 전구모터(47)의 축선 정렬에 많은 시간 및 노력이 소요된다고 하는 문제점이 있다.
또한, 제조에 상대적으로 많은 시간이 소요되는 원통형의 공진기(31)와, 반사갓(45), 전구모터(47) 등 구성 부품 수가 증가되어 제조 시간이 연장되고, 제조 비용이 증가할 뿐만 아니라 기기의 크기가 전반적으로 증가하게 된다고 하는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명의 목적은, 무전극전구의 국부가열을 방지하여 구성 부품 수를 줄일 수 있으며 제조가 용이하고 비용을 저감할 수 있는 마이크로파를 이용한 무전극 조명기기 및 그의 공진기를 제공하는 것이다.
상기 목적은, 본 발명에 따라, 마이크로파를 발생시키는 마이크로파발생부와; 상기 마이크로파발생부의 출력측에 배치되며 마이크로파의 누설을 차폐하여 내부에 공진모드가 이루어지도록 하는 공진기와; 마이크로파에 의해 여기되어 발광하는 발광물질을 내부에 구비하여 형성되고 상기 공진기의 내부에 고정 배치되는 원통형상의 무전극전구를 포함하는 마이크로파를 이용한 무전극 조명기기에 의해 달성된다.
또한, 본 발명에 따르면, 마이크로파 및 빛을 차단할 수 있도록 일 측이 개구된 통형상으로 형성되고 내부에 마이크로파에 의해 여기되어 발광하는 무전극전구가 고정배치되는 공진기본체와; 빛을 통과시킴과 아울러 마이크로파의 누설을 차폐할 수 있도록 상기 공진기본체의 개구에 배치되어 상기 공진기본체와 상호 협 조적으로 내부에 선형의 전기장이 형성되게 공진모드가 이루어지도록 하는 차폐부재를 포함하는 마이크로파를 이용한 무전극 조명기기의 공진기가 제공된다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로파를 이용한 무전극 조명기기의 사시도이고, 도 3은 도 2의 공진기의 내부의 전기장의 분포를 도시한 단면도이며, 도 4는 도 2의 공진기의 정면도이고, 도 5는 도 2의 도파관 및 공진기의 단면도이며, 도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 마이크로파를 이용한 무전극 조명기기의 공진기의 측단면도이다. 이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 마이크로파를 이용한 무전극 조명기기는, 마이크로파를 발생시키는 마이크로파발생부(121)와; 상기 마이크로파발생부(121)의 출력측에 배치되며 마이크로파의 누설을 차폐하여 내부에 공진 모드가 이루어지도록 하는 공진기(130)와; 마이크로파에 의해 여기되어 발광하는 발광물질을 내부에 구비하여 형성되고 상기 공진기(130)의 내부에 고정 배치되는 무전극전구(145)를 포함하여 구성되어 있다.
마이크로파발생부(121)는 마그네트론으로 구성되어 내부에 수용공간을 형성하는 케이싱(111)의 내부에 수용 설치되있으며, 케이싱(111)의 내부 마이크로파발생부(121)의 출력측에는 마이크로파발생부(121)에서 출력된 마이크로파를 안내할 수 있도록 도파관(125)의 일측이 연결되어 있다. 도파관(125)은 직사각형의 단면형상을 가지는 직육면체 형상을 이루도록 형성되어 있으며, 도파관(125)의 일 측에는 마이크로파가 방사될 수 있도록 사각형상의 슬롯(127)이 관통형성되어 있다. 슬롯(127)이 형성되어 있는 측부에는 내부에 공진모드를 이루도록 공진기(130)가 설치되어 있다. 도파관(125)을 사이에 두고 마이크로파발생부(121)의 대향측에는 마이크로파발생부(121)에 고전압을 인가하기 위한 고전압발생부(123)가 배치되어 있다.
공진기(130)는, 마이크로파 및 빛을 차단할 수 있도록 일 측이 개구된 통형상으로 형성되는 공진기본체(131)와, 공진기본체(131)의 개구측에 배치되어 빛을 외부로 방출시킴과 아울러 마이크로파의 누설을 차폐하는 차폐부재(141)를 구비하고 있다.
공진기본체(131)는 금속부재로 단면이 포물선 형상을 가지도록 형성되어 있으며, 일측은 도파관(125)의 슬롯(127)과 상호 연통되게 형성되어 있다. 공진기본체(131)의 내면은 빛을 개구측으로 반사할 수 있도록 반사부(132)가 형성되어 있다. 여기서, 공진기본체(131)는 높은 반사율을 가지도록 고조도판을 절곡하여 형성되고 양 측이 차단되도록 측판(135)이 각각 결합되어 있다.
차폐부재(141)는 빛을 통과시킴과 아울러 마이크로파의 누설을 차폐할 수 있도록 메쉬(mesh)구조를 가지는 금속부재를 공진기본체(131)의 개구에 대응되게 사각 판형으로 형성되어 있다. 여기서, 도 6에 도시된 바와 같이, 공진기본체(131)의 개구에 대응되게 사각 판상으로 형성되는 유리부재 등의 투명강성부재(152)와, 마이크로파의 누설을 차단하도록 아이티오(ITO: Indium-Tin Oxide) 등과 같은 차폐층(153)을 구비하도록 차폐부재(151)를 구성할 수도 있다.
한편, 도파관(125) 및 공진기(130)는 내부에 마이크로파가 TM010 모드 또는 TM011 모드를 생성할 수 있도록 구성되어 있다. 여기서, TM010 모드 또는 TM011 모드는 티엠 모드, 즉 Transverse Magnetic Mode로서, 진행방향에 H field vector는 수직으로 일정하게 진행하지만 E field vector는 임의의 각을 가진 채 수직으로 존재하지 않게 진행하는 모드를 의미하며, 아래 첨자로 표시된 숫자는 차수(order)이다. 무전극전구(145)는 마이크로파에 의한 강한 선형 전기장의 방향을 따라 배치될 수 있도록 선형으로 원통(또는 원관)형상으로 형성되어 있다. 무전극전구(145)의 내부에는 마이크로파에 의해 여기되어 플라즈마화되면서 발광하는 발광물질이 구비되어 있다.
공진기본체(131)의 양 측벽에는 무전극전구(145)의 양 단을 지지할 수 있도록 전구고정부(137)가 각각 형성되어 있으며, 전구고정부(137)는 무전극전구(145)의 중심이 공진기본체(131)의 단면 포물선의 촛점에 위치되도록 각각 형성되어 있다.
이러한 구성에 의하여, 고전압발생부(123)에 의해 인가된 고전압에 의해 마이크로파발생부(121)는 발진하여 마이크로파를 출력하게 된다. 마이크로파는 TM010 모드 또는 TM011 모드 중 설정된 어느 하나의 모드로 도파관(125)을 따라 공진기(130)의 내부로 방사되어 무전극전구(145)의 길이방향을 따른 강한 선형 전기장을 형성함으로써, 무전극전구(145)의 국부 가열이 발생되지 아니하여 무전극전구(145)를 회전구동시킬 필요가 없다. 무전극전구(145)의 내부 발광물질은 마이크로파에 의해 여기되고 플라즈마화되면서 발광하게 되고, 방사된 빛은 공진기본체(131)의 반사부(132)에 의해 개구측으로 반사되어 공진기(130)의 외부로 방출된다. 한편, 마이크로파발생부(121)의 발진 시 발생되는 열 중 일부는 공기와 접촉되어 소멸되고 일부는 금속부재로 형성되어 있는 도파관(125) 및 공진기(130)로 전도되어 소멸된다. 여기서, 저출력용으로 기기가 구성되는 경우, 마이크로파발생 부(121)의 냉각을 위한 별도의 냉각장치를 구비할 필요가 없으나, 상대적으로 큰 출력이 요구되는 고출력용의 경우 별도의 냉각장치를 구비하도록 구성할 수도 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 무전극전구가 선형 전기장 방향을 따라 배치되게 하여 무전극전구의 국부가열이 발생되지 아니하도록 함으로써 무전극전구를 회전시키지 아니하여도 되므로 전구모터 등 구성 부품 수를 줄일 수 있고 제조를 용이하게 할 수 있으며 비용을 저감할 수 있는 마이크로파를 이용한 무전극 조명기기 및 그의 공진기가 제공된다.
또한, 본 발명에 따르면, 포물선 단면형상을 가지는 공진기본체와, 평판 형상의 차폐부재를 구비하도록 공진기를 형성함으로써 고조도판의 금속부재를 절곡하여 공진기본체를 형성할 수 있어 제조가 용이하여 메쉬구조의 금속부재로 원통형으로 형성되던 종래 공진기에 비해 평판형의 차폐부재를 형성하면 되므로 제조를 용이하게 할 수 있으며, 전반적으로 구성 부품수를 줄일 수 있어 기기의 크기를 작게 할 수 있고 비용을 저감시킬 수 있다.

Claims (12)

  1. 마이크로파를 발생시키는 마이크로파발생부와; 상기 마이크로파발생부의 출력측에 배치되며 마이크로파의 누설을 차폐하여 내부에 공진모드가 이루어지도록 하는 공진기와; 마이크로파에 의해 여기되어 발광하는 발광물질을 내부에 구비하여 형성되고 상기 공진기의 내부에 고정 배치되는 원통형상의 무전극전구를 포함하는 마이크로파를 이용한 무전극 조명기기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 공진기는, 마이크로파 및 빛을 차단할 수 있도록 일 측이 개구된 통형상의 공진기본체와, 상기 공진기본체의 개구 측에 배치되어 마이크로파의 누설을 차폐함과 아울러 빛을 통과시키는 차폐부재를 포함하는 마이크로파를 이용한 무전극 조명기기.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 공진기본체의 내면에 빛을 반사할 수 있도록 형성되는 반사부를 더 포함하는 마이크로파를 이용한 무전극 조명기기.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 공진기본체는 포물선 단면형상을 가지도록 형성되는 마이크로파를 이용한 무전극 조명기기.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 차폐부재는 메쉬(mesh) 구조를 가지는 금속부재로 형성되는 마이크로파를 이용한 무전극 조명기기.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 차폐부재는 표면에 아이티오(ITO)가 구비된 투명강성부재로 형성되는 마이크로파를 이용한 무전극 조명기기.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 공진기본체의 내부에는 상기 무전극전구를 고정시킬 수 있도록 전구고정부가 형성되어 있는 마이크로파를 이용한 무전극 조명기기.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 마이크로파발생부와 상기 공진기 사이에는 도파관이 구비되는 것을 특징으로 하는 마이크로파를 이용한 무전극 조명기기.
  9. 마이크로파 및 빛을 차단할 수 있도록 일 측이 개구된 통형상으로 형성되고 내부에 마이크로파에 의해 여기되어 발광하는 무전극전구가 고정배치되는 공진기본체와; 빛을 통과시킴과 아울러 마이크로파의 누설을 차폐할 수 있도록 상기 공진기본체의 개구에 배치되어 상기 공진기본체와 상호 협조적으로 내부에 선형의 전기장이 형성되게 공진모드가 이루어지도록 하는 차폐부재를 포함하는 마이크로파를 이용한 무전극 조명기기의 공진기.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 공진기본체의 내면에는 빛을 반사할 수 있도록 반사부가 형성되어 있는 마이크로파를 이용한 무전극 조명기기의 공진기.
  11. 제9항 또는 제10항에 있어서,
    상기 공진기본체는 포물선 단면형상을 가지도록 형성되는 마이크로파를 이용한 무전극 조명기기의 공진기.
  12. 삭제
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