KR100898525B1

KR100898525B1 - An induction discharge lamp module

Info

Publication number: KR100898525B1
Application number: KR1020080137323A
Authority: KR
Inventors: 김연호; 한태환; 유리 트레쎈코
Original assignee: (주)에이알텍
Priority date: 2008-12-30
Filing date: 2008-12-30
Publication date: 2009-05-20
Also published as: WO2010076916A1

Abstract

본 발명은 무전극방전램프모듈에 관한 것으로, 이를 위한 본 발명은 램프관의 방전에 의해 발생된 빛을 이용하여 고주파를 생성하는 발진기 내부에 구비되는 무전극방전램프모듈에 있어서, 상기 램프관 내부에 가스 또는 금속가스가 봉입되고, 상기 램프관을 둘러싸도록 원통형의 커패시터와 인덕터가 형성되되, 상기 원통형의 커패시터와 인덕터가 전기적으로 연결되며, 상기 램프관이 상기 원통형의 커패시터와 인덕터의 내부에 배치되어, 상기 램프관이 점등되는 무전극방전램프모듈에 관한 것이다. The present invention relates to an electrodeless discharge lamp module, the present invention for this purpose in the electrodeless discharge lamp module provided in the oscillator for generating a high frequency by using the light generated by the discharge of the lamp tube, the inside of the lamp tube A gas or metal gas is enclosed therein, and a cylindrical capacitor and an inductor are formed to surround the lamp tube, wherein the cylindrical capacitor and the inductor are electrically connected, and the lamp tube is disposed inside the cylindrical capacitor and the inductor. The present invention relates to an electrodeless discharge lamp module in which the lamp tube is turned on.

상술한 바와 같이, 캐패시터와 인덕터를 사용하여 상기 무전극방전램프를 점등시킴으로써, 상기 램프의 점등시간을 단축시킬 수 있고, 균일한 휘도를 갖는 빛을 방출하는 효과가 있다. As described above, by turning on the electrodeless discharge lamp using a capacitor and an inductor, it is possible to shorten the lighting time of the lamp and emit light having a uniform luminance.

이와 더불어, 상기 무전극방전램프는 최소한의 전원을 사용하여 상기 무전극방전램프를 점등하는 효과가 있다. In addition, the electrodeless discharge lamp has an effect of lighting the electrodeless discharge lamp using a minimum power source.

램프모듈, 원자, 캐패시터, 인덕터, 금속가스, 루비듐, 제논 Lamp Module, Atom, Capacitor, Inductor, Metal Gas, Rubidium, Xenon

Description

Induction discharge lamp module

본 발명은 무전극방전램프모듈에 관한 것으로, 원통형의 커패시터와 인덕터를 함께 이용하여 무전극방전램프가 점등되도록 함으로써, 저전력에 의해서도 상기 무전극방전램프의 빠른 점등이 되도록 하고, 균일한 휘도를 갖는 빛을 방출할 수 있는 무전극방전램프모듈에 관한 것이다. The present invention relates to an electrodeless discharge lamp module, the electrodeless discharge lamp is turned on by using a cylindrical capacitor and an inductor, so that the electrodeless discharge lamp is turned on quickly even by low power, and has a uniform brightness. It relates to an electrodeless discharge lamp module that can emit light.

최근 들어, 차세대 광원으로서 무전극방전을 이용하는 무전극램프가 각광받기 시작하고 있다. 이러한 무전극램프는 외부로부터 전압이나 전류인가용 전극이 없는 형광 방전램프로서, 고효율 및 고연색성성의 특성을 갖는다. 특히, 일반전구와 달리, 필라멘트가 없어 수명이 반영구적이므로 보수교환이 어려운 시설분야에 적용된다. In recent years, electrodeless lamps using electrodeless discharge as a next-generation light source have been in the spotlight. The electrodeless lamp is a fluorescent discharge lamp without an external voltage or current application electrode, and has high efficiency and high color rendering property. In particular, unlike ordinary light bulbs, it is applied to the field of facilities that are difficult to repair and exchange because it has no filament and is semi-permanent.

상기 무전극램프의 발광과정을 보다 자세히 살펴보면 다음과 같다. 상기 무전극램프의 방전관 외부에 설치된 코일에 수 MHz이상의 고주파를 인가하면, 상기 인가된 고주파에 따라 발생된 자기장이 방전관을 통과하면서 패러데이의 법칙의 의해 기전력이 발생한다. 이 기전력에 의해 방전관 내에 봉입된 여러 가지 가스의 전 자가 가속되어 전자의 왕복운동 및 충돌전리를 빈번하게 일으킴으로써, 플라즈마가 발생된다. Looking at the light emitting process of the electrodeless lamp in more detail as follows. When a high frequency of several MHz or more is applied to a coil installed outside the discharge tube of the electrodeless lamp, an electromotive force is generated by Faraday's law while a magnetic field generated according to the applied high frequency passes through the discharge tube. The electromotive force of various gases enclosed in the discharge tube is accelerated by this electromotive force, causing frequent reciprocation of the electrons and collision ionization, thereby generating plasma.

이에 따라, 방전개시전압이 낮아지고 전극이 필요없는 무전극방전이 가능해진다.As a result, the discharge start voltage is lowered and the electrodeless discharge without the electrode is possible.

하지만, 이러한 무전극램프는 외부에 구성되는 커패시터 또는 인덕터만을 사용하여 무전극방전이 된다. 이에 따라, 인덕터만을 이용하여 무전극방전이 되는 경우, 상기 무전극램프의 점등시간이 느리고, 커패시터를 이용하여 무전극방전이 되는 경우, 상기 무전극램프의 밝기 및 균일도가 떨어지는 문제점이 발생했다. However, such an electrodeless lamp becomes an electrodeless discharge using only a capacitor or inductor configured externally. Accordingly, when the electrodeless discharge is made using only an inductor, the lighting time of the electrodeless lamp is slow, and when the electrodeless discharge is made using a capacitor, the brightness and the uniformity of the electrodeless lamp are deteriorated.

본 발명은 이러한 문제점에 의해 제안된 것으로, 램프의 점등시간이 빠르면서, 균일한 밝기의 빛을 방출할 수 있는 무전극방전램프모듈을 제공하는 것을 그 목적으로 한다. The present invention has been proposed by such a problem, and an object thereof is to provide an electrodeless discharge lamp module capable of emitting light of uniform brightness while the lamp is turned on quickly.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에 의한 무전극방전램프모듈은램프관의 방전에 의해 발생된 빛을 이용하여 고주파를 생성하는 발진기 내부에 구비되는 무전극방전램프모듈에 있어서, 상기 램프관 내부에 가스 또는 금속가스가 봉입되고, 상기 램프관을 둘러싸도록 원통형의 커패시터와 인덕터가 형성되되, 상 기 원통형의 커패시터와 인덕터가 전기적으로 연결되며, 상기 램프관이 상기 원통형의 커패시터와 인덕터의 내부에 배치되어, 상기 램프관이 점등된다. In order to achieve the above object, the electrodeless discharge lamp module according to the present invention is an electrodeless discharge lamp module provided in the oscillator for generating a high frequency using the light generated by the discharge of the lamp tube, the lamp A gas or metal gas is sealed in the tube, and a cylindrical capacitor and an inductor are formed to surround the lamp tube. The cylindrical capacitor and the inductor are electrically connected to each other, and the lamp tube is formed of the cylindrical capacitor and the inductor. It is disposed inside, and the lamp tube is turned on.

바람직한 본 발명의 특징에 따른 무전극방전램프모듈은 상기 커패시터의 전계에 의해 점등이 시작되는 제1상태와 상기 인덕터의 전계에 의해 점등이 완료되는 제2상태로 구분하여 점등되는 램프를 포함할 수 있다. The electrodeless discharge lamp module according to a preferred aspect of the present invention may include a lamp which is divided into a first state in which the lighting is started by the electric field of the capacitor and a second state in which the lighting is completed by the electric field of the inductor. have.

특히, 본 발명의 특징에 따른 무전극방전램프모듈은 상기 제1상태는 상기 램프관 내 봉입된 가스 또는 금속가스가 플라즈마 상태로의 전이가 개시되는 제1상태를 포함할 수 있다. Particularly, in the electrodeless discharge lamp module according to an aspect of the present invention, the first state may include a first state in which a gas or metal gas encapsulated in the lamp tube is started in a plasma state.

특히, 본 발명의 특징에 따른 무전극방전램프모듈은 전이된 플라즈마의 양이 급증하여 전이가 완료되는 제2상태를 포함할 수 있다. In particular, the electrodeless discharge lamp module according to an aspect of the present invention may include a second state in which the transition is completed by the sudden increase in the amount of plasma transferred.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 무전극방전램프는 원통형의 캐패시터와 인덕터를 사용하여 상기 무전극방전램프를 점등시킴으로써, 저전력에 의해서도 상기 램프의 점등시간을 단축시킬 수 있는 동시에, 균일한 밝기를 갖는 빛을 방출할 수 있는 효과가 있다. As described above, the electrodeless discharge lamp according to the present invention uses a cylindrical capacitor and an inductor to turn on the electrodeless discharge lamp, thereby reducing the lighting time of the lamp even at low power and providing uniform brightness. There is an effect that can emit light.

또한, 본 발명은 금속가스의 플라즈마 상태로의 전이가 두 단계로 나누어져 이루어짐에 따라, 발진기의 출력과 부하 사이의 임피던스 매칭을 용이하게 달성할 수 있는 효과가 있다. In addition, the present invention has an effect that can easily achieve impedance matching between the output of the oscillator and the load, as the transition to the plasma state of the metal gas is divided into two stages.

본 발명에 따른 무전극방전램프모듈에 대한 예는 다양하게 적용될 수 있으며, 이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시 예에 대해 설명하기로 한다. Examples of the electrodeless discharge lamp module according to the present invention can be applied in various ways, hereinafter with reference to the accompanying drawings will be described a preferred embodiment.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 무전극방전램프모듈(100)의 모식도이다. 1 is a schematic diagram of an electrodeless discharge lamp module 100 according to an embodiment of the present invention.

도 1에 도시된 바와 같이, 무전극방전램프모듈(100)은 가스 또는 금속가스가 봉입되는 램프관(110)과 상기 가스 또는 금속가스의 이온상태를 전이시키는 원통형의 커패시터(120a, 120b)와 코일이 감겨진 인덕터(130)를 포함한다. As shown in FIG. 1, the electrodeless discharge lamp module 100 includes a lamp tube 110 in which a gas or a metal gas is encapsulated, and cylindrical capacitors 120a and 120b for transferring an ion state of the gas or the metal gas. The coil includes a wound inductor 130.

램프관(110)은 상기 원통형의 커패시터(120a, 120b)와 인덕터(130)의 내부 캐비티(Cavity)에 배치된다. 여기서 상기 램프관은 금속가스인 루비듐(Rubidium)과 제논(Xenon)등의 불활성 가스를 사용할 수 있다. The lamp tube 110 is disposed in the internal capacitors of the cylindrical capacitors 120a and 120b and the inductor 130. Here, the lamp tube may be an inert gas such as rubidium and xenon, which are metal gases.

커패시터(120a, 120b)는 한 쌍의 전극판이 배치되고, 상기 램프관(110)을 둘러싸도록 상기 전극판 사이에 RF전원이 인가된다. 상기 전극판 사이에 전계가 형성되는데, 상기 전계에 의해 램프관 내부의 가스가 전리되고, 방전이 개시된다. A pair of electrode plates are disposed in the capacitors 120a and 120b, and RF power is applied between the electrode plates to surround the lamp tube 110. An electric field is formed between the electrode plates, the gas in the lamp tube is ionized by the electric field, and discharge is started.

인덕터(130)는 상기 램프관(110)을 둘러싸도록 형성되며, 더욱 구체적으로는 원통형의 세라믹튜브의 외부에 코일을 감아 형성된다. 상기 인덕터(130)에 RF전류가 인가되면, 축방향의 교류에 의한 자계가 형성되며, 상기 자계에 의해 기전력이 발생하여 램프관(110) 내부의 플라즈마에 에너지가 전달된다. The inductor 130 is formed to surround the lamp tube 110, and more specifically, is formed by winding a coil outside the cylindrical ceramic tube. When the RF current is applied to the inductor 130, a magnetic field is formed by an axial alternating current, electromotive force is generated by the magnetic field, and energy is transmitted to the plasma inside the lamp tube 110.

여기서, 상기 커패시터(120a, 120b)와 인덕터(130)는 상호간에 전기적으로 연결되어 LC공진이 발생하도록 형성하며, 높은 Q 값을 갖도록 구성하는 것이 바람직하다.Here, the capacitors 120a and 120b and the inductor 130 are electrically connected to each other to form an LC resonance, and preferably configured to have a high Q value.

도 2는 도 1을 통해 설명한 무전극방전램프모듈의 측면도이다. FIG. 2 is a side view of the electrodeless discharge lamp module described with reference to FIG. 1.

도 2에 도시된 바와 같이, 상기 무전극방전램프모듈(100) 내부에 배치되는 램프관(110)의 형성길이는 상기 커패시터(120a, 120b)와 인덕터(130)의 연결길이 보다 같거나 작을 수 있다. 더욱 구체적으로는 상기 램프관(110)의 형성길이는 상기 커패시터(120a, 120b)와 인덕터(130)의 총 연결길이 중 1/4부터 3/4 사이에 배치됨이 바람직하다. As shown in FIG. 2, the length of the lamp tube 110 disposed inside the electrodeless discharge lamp module 100 may be equal to or smaller than the connection length of the capacitors 120a and 120b and the inductor 130. have. More specifically, the forming length of the lamp tube 110 is preferably disposed between 1/4 and 3/4 of the total connection lengths of the capacitors 120a and 120b and the inductor 130.

이하, 도 3 및 도 4를 통해 본 발명의 일 실시예인 무전극방전램프모듈의 동작을 상세하게 설명하도록 한다. Hereinafter, the operation of the electrodeless discharge lamp module according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 3 and 4.

도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 무전극방전램프모듈의 전계효과를 나타낸 그래프이다. 3 is a graph showing the electric field effect of the electrodeless discharge lamp module according to an embodiment of the present invention.

도 3에 도시된 바와 같이, 서로 다른 위상차를 갖는 RF전원이 커패시터(120a, 120b)와 원통형의 세라믹큐브(140)의 외부에 감겨진 코일(150)에 의해 형성된 인덕터(130)에 인가되면, 도 3에 도시된 바와 같이 전계 및 자계가 형성된다.As shown in FIG. 3, when RF power sources having different phase differences are applied to the inductor 130 formed by the coils 120 wound around the capacitors 120a and 120b and the cylindrical ceramic cube 140, As shown in FIG. 3, electric and magnetic fields are formed.

여기서, RF전원의 위성에 대하여 커패시터(120a, 120b)와 인덕터(130)는 90도부터 270도 사이의 위상에서 상기 커패시터(120a, 120b)와 인덕터(130) 내부의 전계가 최대로 형성되며, 이 때 램프관(110)의 상태는 90도에서 180도 사이의 위상과, 180도에서 270도 사이의 위상에서 서로 다른 상태로 변화된다. Here, the capacitors 120a and 120b and the inductor 130 have a maximum electric field inside the capacitors 120a and 120b and the inductor 130 at a phase between 90 degrees and 270 degrees with respect to the satellite of the RF power source. At this time, the state of the lamp tube 110 is changed to a different state in the phase between 90 degrees and 180 degrees, and the phase between 180 degrees and 270 degrees.

먼저, 상기 커패시터(120a, 120b)에 인가된 RF전원이 90도에서 180도 사이의 위상일 때, 상기 커패시터(120a, 120b) 내부에 최대의 전계가 형성된다. 이에 따라, 램프관(110) 내부에 봉입된 가스 또는 금속가스의 전자 및 이온에 스트레스를 가하며, 상기 전자 및 이온의 양이 증가하여 에너지준위가 상승함으로써, 상기 램프관(110) 내부는 상기 가스 또는 금속가스가 플라즈마 상태로 전이되는 “제1상태”가 된다. 이 때, 상기 램프관(110)의 점등이 개시된다. First, when the RF power applied to the capacitors 120a and 120b is in a phase between 90 degrees and 180 degrees, a maximum electric field is formed inside the capacitors 120a and 120b. Accordingly, stress is applied to electrons and ions of the gas or metal gas enclosed in the lamp tube 110, and the amount of electrons and ions increases to increase the energy level. Or a "first state" in which the metal gas is transferred to the plasma state. At this time, the lamp tube 110 is turned on.

이러한 제1상태의 램프관(110)은 내부에 존재하는 가스 또는 금속가스로부터 전이된 플라즈마의 양이 많지 않기 때문에, 방출되는 빛은 충분한 밝기가 아니다. Since the lamp tube 110 of the first state does not have a large amount of plasma transferred from a gas or metal gas present therein, the emitted light is not sufficient brightness.

상기 제1상태 이후에, 상기 인덕터(130)에 인가된 RF전원이 180도에서 270도 사이의 위상일 때, 인덕터(130) 내부의 전계가 점차 증가한다. 이에 따라, 상기 램프관(110) 내부에 전이된 플라즈마의 양이 급격히 증가하는 “제2상태”가 된다. 이 때, 상기 램프관(110)에서 방출되는 빛의 밝기가 증가하여 상기 램프관(110)의 점등이 완료된다. After the first state, when the RF power applied to the inductor 130 is in a phase between 180 degrees and 270 degrees, the electric field inside the inductor 130 gradually increases. Accordingly, the amount of plasma transferred into the lamp tube 110 rapidly increases to the "second state". At this time, the brightness of the light emitted from the lamp tube 110 is increased to complete the lighting of the lamp tube 110.

결과적으로, 0도에서 360도에서 주파수 위상차를 갖는 RF전원이 커패시터와 인덕터에 인가되면, 90도에서 270도 사이의 주파수 위상에서 전계영역이 최대가 된다. 이에 따라, 상기 90도와 270도 사이에 상기 램프관의 점등이 이루어진다. As a result, when an RF power source having a frequency phase difference from 0 degrees to 360 degrees is applied to the capacitor and the inductor, the electric field region becomes maximum in the frequency phase between 90 degrees and 270 degrees. Accordingly, the lamp tube is turned on between the 90 degrees and the 270 degrees.

이어지는 동작에 의해 커패시터만을 사용하여 램프관을 점등시키는 경우에 비하여 점등시간이 단축되고, 인덕터만을 사용하여 램프관을 점등시키는 경우에 비하여, 램프관으로부터 방출된 빛의 밝기의 균일도가 향상될 수 있다. By the following operation, the lighting time is shortened as compared with the case where only the capacitor is used to light the lamp tube, and the uniformity of the brightness of the light emitted from the lamp tube can be improved as compared with the case where the lamp tube is lit using only the inductor. .

이와 더불어, 램프관의 점등이 제1상태와 제2상태의 두 단계로 이루어짐에 따라, 발진기의 출력과 무전극방전램프의 부하간의 임피던스 매칭이 최적화된다. In addition, as the lamp tube is turned on in two stages of the first state and the second state, impedance matching between the output of the oscillator and the load of the electrodeless discharge lamp is optimized.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 무전극방전램프의 출력전압과 부하의 임피던스를 나타낸 그래프이다. 4 is a graph showing the output voltage and the impedance of the load of the electrodeless discharge lamp according to an embodiment of the present invention.

도 4에 도시된 바와 같이, 커패시터나 인덕터에 의해 100MHz 부근에서 공진이 LC공진이 이루어진다. 이러한 공진주파수는 사용되는 커패시터와 인덕터의 값에 의해 조정될 수 있다. As shown in FIG. 4, LC resonance is performed at a resonance around 100 MHz by a capacitor or an inductor. This resonant frequency can be adjusted by the values of the capacitors and inductors used.

이상 본 발명에 의한 무전극방전램프모듈에 대하여 설명하였다. 이러한 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자가 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. The electrodeless discharge lamp module according to the present invention has been described above. Such technical configuration of the present invention can be understood by those skilled in the art that the present invention can be implemented in other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present invention.

그러므로 이상에서 기술한 실시 예는 모든 면에서 예시적인 것이며, 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야하고, 본 발명의 범위는 전술한 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다. Therefore, the embodiments described above are intended to be illustrative in all respects and not to be considered as limiting, and the scope of the present invention is indicated by the following claims rather than the foregoing description, and the meanings of the claims and All changes or modifications derived from the scope and the equivalent concept should be construed as being included in the scope of the present invention.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 무전극방전램프모듈의 모식도이고, 1 is a schematic diagram of an electrodeless discharge lamp module according to an embodiment of the present invention,

도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 무전극방전램프모듈의 측면도이고,2 is a side view of the electrodeless discharge lamp module according to an embodiment of the present invention,

도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 무전극방전램프모듈의 전계효과를 나타낸 그래프이고,3 is a graph showing the electric field effect of the electrodeless discharge lamp module according to an embodiment of the present invention,

***도면의 주요부분에 대한 부호의 설명****** Explanation of symbols for main parts of drawing ***

100: 무전극방전램프모듈 110: 램프관100: electrodeless discharge lamp module 110: lamp tube

120a, 120b: 커패시터 130: 인덕터120a, 120b: Capacitor 130: Inductor

Claims

In the electrodeless discharge lamp module provided in the oscillator for generating a high frequency by using the light generated by the discharge of the lamp tube,

Rubidium gas is sealed in the lamp tube,

A cylindrical capacitor and an inductor are formed to surround the lamp tube, and the cylindrical capacitor and the inductor are electrically connected to each other.

And the lamp tube is disposed inside the cylindrical capacitor and the inductor so that the lamp tube is turned on.

The method of claim 1,

And the lamp tube is lighted by dividing into a first state in which lighting is started by an electric field of the capacitor and a second state in which lighting is completed by an electric field of the inductor.

The method of claim 2,

And wherein the first state is a transition of the rubidium gas encapsulated in the lamp tube into a plasma state.

The method of claim 3,

The second state of the electrodeless discharge lamp module, characterized in that the transition is completed by a sudden increase in the amount of plasma transferred.