KR102136590B1 - 무전극 플라즈마 조명장치 - Google Patents

무전극 플라즈마 조명장치 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 무전극 플라즈마 조명장치에는, 상기 반사부의 내부에 적어도 일부가 놓이고, 상기 컨덕터로부터 전계를 공급받고, 일방향으로 길게 제공되는 발광기; 상기 발광기를 회전시키는 모터; 상기 모터와 상기 발광기를 연결시키는 모터축; 및 상기 반사부의 상부에 제공되는 그라운드가 포함된다. 이에 따르면 같은 전력에서 조도가 높아지는 이점을 기대할 수 있다.

Description

무전극 플라즈마 조명장치{Plasma Lighting System}
본 발명은 무전극 플라즈마 조명장치에 관한 것이다.
무전극 플라즈마 조명장치의 구성 및 작용은 다음과 같다.
먼저, 마이크로파 발생부에서 발생되는 마이크로파 에너지가 도파관을 통해 공진기에 전달된다. 전달된 마이크로파 에너지는 상기 공진기의 내부에 구비된 무전극 전구의 충전물질을 여기시킨다. 이 과정에서 상기 무전극전구의 충전가스가 플라즈마 상태로 변화되어 빛이 발생된다. 상기 마이크로파 발생부로는 마그네트론 또는 반도체 장치를 예시할 수 있다.
상기 무전극전구의 내부에는 전극이나 필라멘트가 없다. 따라서, 수명이 매우 길거나 반영구적이다. 아울러 상기 무전극전구의 내부에 충전된 충전물질이 플라즈마화 되면서 발광하여 자연광과 같은 빛을 발광시킬 수 있다. 상기 무전극 플라즈마 조명장치는 낮은 전력으로도 높은 조도(이해의 편의를 위하여 조도라는 단어를 사용하지만 광원의 측면에서 광속을 의미할 수도 있다. 이하 동일하다)를 얻을 수 있도록 하는 것이 기본적인 주된 기술적 과제이다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 출원인은 출원번호 10-2015-0191723호, 무전극 플라즈마 조명장치로 출원한 장치를 예로 들 수 있다. 상기 종래 문헌에는 회전하는 원형의 무전극전구를 이용하는 장치가 예시되어 있다. 상기 기술에 의해서 전계가 무전극전구로 균등하게 가하여지도록 하고, 이로써 높은 조도를 얻도록 하고 있다.
그러나, 상기되는 종래 장치에 의하더라도 충분한 조도를 얻는 것에는 한계가 있다. 이에 본 발명의 출원인은 더 연구를 함으로써, 본 발명에 이르게 되었다.
출원번호 10-2015-0191723호, 무전극 플라즈마 조명장치의 도 2
본 발명은, 저출력에서 더 높은 발광효율을 얻을 수 있는 무전극 플라즈마 조명장치를 제안한다.
본 발명은, 더 많은 플라즈마를 활성화시킬 수 있도록 하는 무전극전구의 채용이 가능한 무전극 플라즈마 조명장치를 제안한다.
본 발명은, 컨덕터로부터 인가되는 전계가 소실됨이 없이 무전극전구로 효율적으로 향하도록 하는 무전극 플라즈마 조명장치를 제안한다.
본 발명의 무전극 플라즈마 조명장치에는, 부공간을 가지는 하우징; 상기 내부공간에 배치되고 외부로부터 전기 에너지를 전달받는 공급부; 상기 공급부와 이격되어 상기 공급부로부터 상기 전기 에너지를 공급받는 컨덕터; 상기 하우징의 상측에 제공되는 반사부; 상기 반사부의 내부에 적어도 일부가 놓이고, 상기 컨덕터로부터 전계를 공급받고, 일방향으로 길게 제공되는 발광기; 상기 발광기를 회전시키는 모터; 상기 모터와 상기 발광기를 연결시키는 모터축; 및 상기 반사부의 상부에 제공되는 그라운드가 포함된다. 상기 발명에 따르면 발광기가 더 크고 길게 제공될 수 있으므로, 발광효율을 더 높일 수 있다. 또한, 발광기가 회전하므로, 핫스팟에 의한 우려도 없다.
또한, 일방향으로 길게 제공되는 발광기에 골고루 전계를 인가하기 위하여, 발광기를 바라보는 상기 컨덕터의 단부 형상은, 일 방향이 길게 제공된다. 더욱이, 컨덕터로부터 발광기에 인가되는 전계가 고르고 균등하게 가하여지도록 하기 위하여, 상기 발광기는 실린더 형상으로 제공된다. 마찬가지로, 전계의 인가가 일방향으로 더 퍼지도록 하기 위하여, 상기 컨덕터의 단부 형상은 사각형으로 제공된다. 더 바람직하게 상기 컨덕터는 전체가 사각형 단면으로 제공된다.
또한, 발광기의 전체 부분에 고르게 전계가 인가되도록 하기 위하여, 상기 모터축의 연장방향과 상기 컨덕터의 연장방향은 서로 직교하는 것이 바람직하다. 만약 직교하지 않는 경우에는 발광기가 회전하더라도 일방향으로 긴 발광기의 어느 일측에서는 핫스팟의 문제가 발생하여 품질의 열화를 일으킬 우려가 크다.
또한, 상기 컨덕터의 단면은 사각형이고, 상기 하우징의 상면에 제공되는 홀을 통과할 수 있는데, 이는 발광기에 컨덕터를 더 접근시켜서 전계의 사용효율을 높이고, 이에 더 나아가서, 긴 발광기에 골고루 전계를 가하기 위함이다. 상기 홀은 직사각형으로 제공되어 홀을 통과하는 컨덕터에서 발생하는 전계가 고르게 퍼져 어느 한 쪽으로 치우치지 않도록 할 수 있다. 이에 따르면 길게 제공되는 발광기에 가하여지는 전계의 균일도를 향상시킬 수 있다. 상기 홀의 장변과 단변의 비율은 1.5~1.6으로 제공되고, 상기 컨덕터 단면의 장변과 단변의 비율은 1.9~2.3으로 제공되는데, 이로써, 램프의 강도, 플라즈마의 균일한 발생효과를 얻을 수 있다.
또한, 상기 컨덕터 단면의 장변과 단변의 비율에 비하여, 상기 홀의 장변과 단변의 비율이 작게 제공되도록 한다. 이에 따르면, 발광기의 장축방향으로 무용하게 퍼져나가는 전계의 낭비를 줄이고, 역으로 발광기의 중앙부를 향하여 플라즈마의 활성화에 사용되는 전계의 양을 늘릴 수 있다. 상기 홀에는 유전체가 놓이고, 상기 컨덕터는 상기 유전체를 통과하도록 하여, 전계가 발광기의 중앙부에 더 높은 전속을 얻을 수 있다.
또한, 상기 유전체는, 알루미나, 지르코늄, 또는 쿼츠를 재질로 하고, 상기 컨덕터는 순동, 황동, 또는 알루미늄으로 제공될 수 있다.
또한, 상기 발광기에 가하여지는 전계는, 수평방향전계는 서로 대칭이고, 수직방향전계는 서로 대칭으로 제공되고, 상기 수평방향전계 및 상기 수직방향전계는 서로 다르다. 이로써, 큰 무전극전구를 사용하면서도 무전극전구에 가하여지는 전계가 최대한 균일하고 낭비됨이 없이 사용되도록 하는 효과를 얻을 수 있다.
또한, 상기 그릴과 상기 컨덕터는 좌우방향으로 서로 이격되는데, 이에 따르면, 큰 무전극전구를 얻을 수 있고, 무전극전구 내부의 플라즈마 활성화를 균일하게 생성시킬 수 있는 장점이 있다.
또한, 무전극전구를 더 크게 설치하고, 전계의 전달효율을 높이기 위하여, 상기 그릴에는 사각틀이 포함되고 상기 발광기는 상기 사각틀의 안을 통과하도록 한다.
본 발명에 따르면, 무전극 플라즈마 조명장치의 발광효율을 높일 수 있다.
본 발명에 따르면, 동일한 기기의 크기에서 얻을 수 있는 활성화된 플라즈마의 양을 증가시킬 수 있다.
본 발명에 따르면, 전계가 무전극전구에 골고루 인가되고, 나아가서, 외부로 소실되는 전계를 줄일 수 있는 효과가 있다.
도 1은 제 1 실시예에 따른 무전극 플라즈마 조명장치의 구성을 나타내는 사시도.
도 2는 제 1 실시예에 따른 무전극 플라즈마 조명장치에서 하우징과 반사부의 일부는 제거하고 내부를 도시하는 도면,
도 3은 제 1 실시예에 따른 컨덕터의 상측단부를 상세하게 보이는 도면.
도 4는 제 1 실시예에서 홀과 컨덕터와 발광기를 평면에서 관찰한 도면.
도 5는 제 1 실시예에서 전계강도를 관찰한 도면.
도 6은 컨덕터와 홀의 위치관계를 보이는 평면도.
도 7은 도 6의 A-A'의 단면도.
도 8은 컨덕터와 홀의 사이에 형성되는 전계밀도.
도 9는 제 2 실시예에 따른 무전극 플라즈마 조명장치의 사시도.
도 10은 제 2 실시예에 따른 무전극 플라즈마 조명장치의 단면도.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예를 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명의 사상은 이하에 제시되는 실시예에 제한되지 아니하고, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에 포함되는 다른 실시예를 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 및 추가 등에 의해서 용이하게 구현할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명 사상의 범위 내에 포함된다고 할 것이다.
이하의 실시예에 첨부되는 도면은, 같은 실시예 임에도 불구하고, 발명 사상이 훼손되지 않는 범위 내에서, 용이하게 이해될 수 있도록 하기 위하여, 미세한 부분의 표현에 있어서는 도면별로 서로 다르게 표현되거나, 도면에 따라서 과장되게 표현되어 있을 수 있다.
이하의 실시예의 설명에 있어서, 특정한 형상을 정의하는 것은, 전기공학 및 기계공학적 측면에서 그 모서리 부위에 소정의 모따기가 되어 있는 것을 포함하는 것으로 해석하여야 한다.
< 제 1 실시예 >
도 1은 제 1 실시예에 따른 무전극 플라즈마 조명장치의 구성을 나타내는 사시도이고, 도 2는 제 1 실시예에 따른 무전극 플라즈마 조명장치에서 하우징과 반사부의 일부는 제거하고 내부를 도시하는 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 실시예에 따른 무전극 플라즈마 조명장치(100)에는, 외관을 제공하고 내부공간을 가지는 하우징(110)과, 상기 하우징(110)의 상부에 제공되고 일 부분이 개구되는 반사부(120)와, 상기 반사부(120)의 상부에 제공되는 그라운드(130)와, 상기 반사부(120)와 상기 그라운드(130)의 사이 공간에 배치되고, 광을 발생시키는 발광기(140)와, 상기 발광기(140)를 회전시키는 모터(160)가 포함된다.
상기 하우징(110)은 단면형상이 대략 원형 또는 다각형으로 형성될 수 있다. 상기 하우징(110)은 내부에 공간을 가지고, 그 공간의 내부에는 다수의 부품이 수용될 수 있다.
상기 하우징의 내부공간에는, 상기 발광기(140)로 전기적 에너지를 전달하는 컨덕터(210)와, 외부로부터 전기적 에너지를 공급받아 상기 컨덕터(210)로 전달하는 공급부(200)가 제공될 수 있다.
상기 하우징(110)의 일측 바깥쪽에는 브라켓(150)이 제공될 수 있다. 상기 브라켓(150)은 상기 하우징(110)의 외측에 별도의 체결부재를 통하여 결합되거나, 상기 하우징(110)과 일체로 형성될 수 있다. 상기 브라켓(150)에는 모터(160)가 지지될 수 있다.
상기 모터(160)는 상기 브라켓(150)에 체결부재를 통해서 고정될 수 있다. 상기 모터(160)는 상기 브라켓(150)에 고정된 상태에서 모터축(161)을 회전시킬 수 있다. 상기 모터축(161)은 상기 발광기(140)와 연결될 수 있다. 즉, 상기 모터(160)에 의해서 상기 발광기(140)는 회전될 수 있다.
상기 모터(160)는 예를 들어 DC 모터, AC 모터, BLDC 모터 등이 사용될 수 있다. 상기 모터의 동작전압은 15~20V로 제공될 수 있고, 회전속도는 2000~3000RPM에 이를 수 있다. 상기 회전속도에 의하면 발광기(140)의 내부의 플라즈마가 균일한 상태로 활성화될 수 있다.
상기 하우징(110)의 상부에는 반사부(120)가 제공될 수 있다. 상기 반사부(120)는 상기 하우징(110)과 체결부재를 통하여 결합될 수 있거나, 상기 하우징(110)과 일체로 제공될 수 있다.
상기 반사부(120)의 대략적인 형상은 반원, 원뿔 또는 원통으로 제공될 수 있다. 상기 반사부(120)는 내부공간을 가지며, 일 부분이 개구되어 제공될 수 있다. 예를 들어, 상기 반사부(120)는 윗부분은 넓고, 아랫부분은 좁은 원뿔모양으로 제공될 수 있다. 다만, 상기 반사부(120)의 크기 및 형태에 따라서 상기 컨덕터(210)로부터 상기 발광기(140)에 전달되는 전기적 에너지의 크기가 변화될 수 있다. 따라서, 상기 반사부(120)는 상기 컨덕터(210)로부터 전달되는 전기적 에너지가 상기 발광기(140)에 효율적으로 전달될 수 있는 형태로 제공되는 것이 바람직하다.
상기 반사부(120)의 내면에는 반사물질이 코팅될 수 있다. 이에 따라서, 상기 발광기(140)에서 발생되는 광의 출사 효율이 증가될 수 있다.
상기 반사부(120)의 상부에는 그라운드(Ground)(130), 즉 접지가 제공될 수 있다. 상기 그라운드(130)는 상기 반사부(120)의 상부에 체결부재를 통하여 결합될 수 있다. 그리고, 상기 그라운드(130)는 상기 발광기(140)에 제공되는 전기적 에너지를 접지할 수 있다.
상기 발광기(140)는 상기 반사부(120)의 내부공간에 배치될 수 있다. 그리고, 상기 발광기(140)는 상기 그라운드(130)와 이격되어 배치될 수 있다. 다시 말하면, 상기 발광기(140)는 상기 반사부(120)와 상기 그라운드(130)의 사이에 이격되어 배치될 수 있다.
상기 발광기는 일방향으로 긴 형태로 제공될 수 있다. 예를 들어, 상기 발광기는 실린더 형태로 제공될 수 있다. 다시 말하면, 원형의 단면을 가지는 기둥의 형태로 제공될 수 있다. 상기 발광기(140)의 연장방향은 상기 모터축(161)의 연장방향과 같은 방향으로 연장될 수 있다. 이에 따르면 회전동작시에 편심을 방지하여 균일한 플라즈마 발생을 유도할 수 있고, 편심회전에 따른 전기 기구적인 문제점을 방지할 수 있다.
상기되는 형태의 발광기(140)에 따르면, 더 큰 무전극전구를 제공할 수 있다. 다시 말하면, 상기 발광기(140)가 좁은 반사부(120)의 내부 공간에서 일 방향(도면에서 볼 때 수평방향)으로 길게 제공되어, 무전극전구의 내부 용적을 더 크게 할 수 있다. 이에 따르면, 전계가 통과하는 발광기(140)의 공간을 더 넓게 하여 결국 더 많은 전기 에너지가 발광기(140)로 전달되도록 할 수 있고, 발광기(140) 내부에서 플라즈마가 더 많이 활성화되도록 할 수 있다.
상기 발광기(140)는 상기 하우징의 내부공간(115)에 배치되는 상기 컨덕터(210) 및 상기 공급부(200)를 통해서 전기적 에너지를 공급받아 광을 발생시킬 수 있다. 이때, 상기 그라운드(130)는 상기 컨덕터(120)로부터 전계를 끌어당기는 역할을 수행할 수 있다. 따라서, 더 많은 전계가 상기 발광기(140)를 통과하도록 하고, 상기 발광기(140) 내부의 플라즈마가 더 크게 활성화되도록 할 수 있다.
상기 모터축(161)의 연장방향은 상기 컨덕터(210)의 연장방향에 대하여 직교방향으로 제공될 수 있다. 이에 따르면, 실린더 형태로 제공되고 회전하는 발광기(140)의 내부에 균일하게 전계를 인가시킬 수 있다. 예를 들어, 모터축과 컨덕터의 연장방향이 직교하지 않으면 발광기(140)의 내부에 전계가 골고루 인가되지 않는다. 상세하게는, 컨덕터와 가까운 발광기(140)의 일 부분에는 전계가 크게 인가되어 플라즈마가 크게 활성화되고, 컨덕터에서 멀리 떨어진 발광기(140)의 타 부분에는 전계가 작게 인가되어 플라즈마가 약하게 활성화될 수 있다.
상기 발광기(140)는 석영재질로 제공될 수 있다. 상기 발광기(140)의 내부에는 플라즈마화 하면서 빛을 발생하도록 발광물질, 불활성가스, 방전촉매물질, 나트륨, 및 금속화합물 등이 봉입될 수 있다.
제 1 실시예에 따른 무전극 플라즈마 조명장치의 작용을 설명한다.
상기 공급부(200)가 외부로부터 전기적 에너지를 공급받고, 상기 컨덕터(210)는 상기 공급부(200)로부터 전기적 에너지를 전달받아, 상기 발광기(140)로 전달한다. 상기 공급부(200)와 상기 컨덕터(210)는 상기 하우징(110) 내부에 이격되어 배치됨으로써, 하나의 캐패시터(Capacitor)를 형성할 수 있다. 따라서, 상기 공급부(200)와 상기 컨덕터(210)는 커플링(Coupling)으로 이해할 수 있다. 그러므로, 상기 공급부(200)를 제 1 커플링이라고 하고, 상기 컨덕터(210)를 제 2 커플링으로 이름할 수 있다.
상기 공급부(200)는 상기 하우징(110)의 하면 또는 측면으로부터 상기 전기적 에너지를 공급받을 수 있다. 상기 공급부(200)로 전달된 전기적 에너지는 상기 컨덕터(210)로 전달될 수 있다. 이때, 상기 전기적 에너지는 고주파의 RF신호로 제공될 수 있다. 상기 RF신호는 100Mhz ~ 400Mz 대역의 신호일 수 있다.
상기 공급부(200)의 일측은 저항을 접지시켜 터미네이션(Termination)할 수 있다. 다시 말하면, 상기 공급부(200)의 일측은 외부로부터 전기적 에너지가 공급되고, 상기 공급부(200)의 타측은 접지되어 상기 전기적 에너지가 상기 공급부(200)에 격리되도록 할 수 있다. 이는 상기 컨덕터(210)로 전송되는 전기적 에너지 중 전달되지 않는 전기적 에너지를 열로 소모시키는 역할을 할 수 있다. 이러한 구조에 의하면, 상기 공급부(200)로부터 상기 컨덕터(210)로 전달되는 고주파의 RF신호를 안정적으로 전달할 수 있다.
상기 컨덕터(210)는 순동, 황동, 및 알루미늄 재질 중에서 선택될 수 있다.상기 컨덕터(210)는 상기 하우징(110)의 중심부에 배치될 수 있다. 상기 컨덕터(210)는 상기 발광기(140)의 중심으로부터 하방으로 길게 제공될 수 있다.
상기 컨덕터(210)는 상기 공급부(200)와 평행하도록 제공될 수 있다. 그리고, 상기 컨덕터(210)는 상기 공급부(200)로부터 전기적 에너지를 전달받을 수 있다. 상기 컨덕터(210)는 전달받은 전기적 에너지를 상기 발광기(140)로 전달할 수 있다.
상세히, 상기 컨덕터(210)는 전기적 에너지를 상기 발광기(140)로 전달하는 과정에서, 상기 하우징(110)의 내부 공간에서 공진현상을 일으켜 강한 전계(Electric Field)가 형성될 수 있다. 다시 말하면, 상기 공급부(200)에서 전달되는 고주파의 RF신호는 상기 하우징의 내부공간(115)에서 공진될 수 있다. 즉, 상기 하우징(110)은 공진기(Resonator)로 이해할 수 있다. 상기 전계는 상기 발광기(140) 내의 불활성 가스와 금속화합물 등과 반응하여 방전(Discharge)하고, 상기 발광기(140)에서 연속적으로 빛을 발산할 수 있다.
상기 컨덕터(210)는 그 단면이 사각형상으로 제공될 수 있다. 이 형상에 의해서 상기 전계가 상기 발광기(140)에 골고루 인가될 수 있다. 바람직하게는 상기 발광기(140)의 연장방향으로 길게 제공되는 사각형의 단면형상으로 제공될 수 있다. 이에 따르면, 발광기(140)에 골고루 전계가 인가되도록 할 수 있다. 그 상세한 작용에 대해서는 후술한다.
상기 공급부(200)와 상기 컨덕터(210)는 길이에 비례하여 전기적 에너지를 전달할 수 있다. 상기 공급부(200)와 상기 컨덕터(210)는 이격되어 배치된 간격에 반비례하여 전기적 에너지를 전달할 수 있다. 다시 말하면, 상기 공급부(200)와 상기 컨덕터(210)의 이격된 거리가 가까워 짐으로써 전기적 에너지의 전달량이 증가될 수 있고, 상기 공급부(200)와 상기 컨덕터(210)의 길이에 따라서 전달되는 전기적 에너지의 양이 증가될 수 있다.
상기 전계는 상기 컨덕터(210)로부터 상기 그라운드(130)로 향할 수 있다. 상기 전계의 통과 위치에 상기 발광기(140)가 놓임으로써, 상기 발광기(140)에 전기 에너지를 전달할 수 있다. 다시 말하면, 상기 컨덕터(210)에서 볼 때, 상기 발광기(140)의 하측부분에 형성되는 전계가 상기 컨덕터(210)에서 상기 그라운드(130)까지, 즉 상기 발광기(140)의 상측 부분까지 전달됨으로써, 상기 발광기(140)의 내부의 플라즈마를 더 활성화시킬 수 있다. 따라서, 발광 효율이 증가될 수 있다.
상기 발광기(140)에 전달된 전기적 에너지는 상기 발광기(140)의 내부에 봉입된 발광물질, 불활성가스 등의 방전을 개시할 수 있다. 즉, 상기 발광기(140)의 내부에서 고밀도의 플라즈마가 발생되어 빛이 발생될 수 있다. 이때, 상기 발광기(140)는 모터(160)에 의하여 회전됨으로써, 상기 발광기(140)의 내부에서 고밀도의 플라즈마가 더욱 활성화될 수 있다. 그리고, 상기 발광기(140)는 상기 컨덕터(210)와 이격되어 배치된 상태로 회전됨으로써, 상기 컨덕터(210)와 상기 발광기(140)의 사이에서 발생될 수 있는 핫스팟(Hot Spot)을 예방할 수 있다.
상기 그라운드(130)는 상기 반사부(120)의 상면에 체결부재를 통하여 고정될 수 있다. 상기 그라운드(130)는 소정 형상의 와이어(131)로 제공될 수 있다. 예를 들어, 상기 와이어(131)는 그물형상, 그릴형상 등으로 제공될 수 있다. 이러한 구조에 의하면 상기 발광기(140)에서 발생되는 광을 외부로 조사할 때, 상기 그라운드(130)에 의한 방해를 최소화할 수 있다.
상기 그라운드(130)의 표면에는 반사물질이 코팅되어 제공될 수 있다. 상기 반사물질로는 은 또는 알루미늄이 사용될 수 있다. 이러한 구조에 의하면, 상기 발광기(140)로부터 발생되는 광이 상기 그라운드(130)에서 반사될 수 있다. 그리고, 상기 발광기(140)에서 발생된 광을 최대한 상기 그라운드(130)의 외부로 보낼 수 있다.
도 3은 제 1 실시예에 따른 컨덕터의 상측단부를 상세하게 보이는 도면이다.
도 3을 참조하면, 상기 반사부(120)를 이루는 바닥면은 하우징의 상면으로 정의할 수 있다. 상기 반사부의 바닥면에는 홀(221)이 제공될 수 있다. 상기 컨덕터(210)는 상기 홀(221)을 통과하여 상기 반사부(120)의 상측으로 더 돌출될 수 있다. 이에 따르면, 발광기(140)에 더 집중적으로 전계를 인가할 수 있다.
상기 컨덕터(210)의 형상과 마찬가지로 상기 홀(221)은 일방향으로 길게 제공될 수 있고, 바람직하게는 사각형으로 제공될 수 있다. 예를 들어, 일방향으로 긴 직사각형으로 제공될 수 있다. 이때 직사각형의 연장 방향으로 상기 컨덕터(210) 단면의 연장 방향 및 상기 발광기(140)의 연장방향과 같은 방향으로 제공될 수 있다. 다시 말하면, 컨덕터(210)의 장축과 상기 홀(221)의 장축과 상기 발광기(140) 단면의 장축은 같은 방향으로 제공될 수 있다.
상기 반사부(120)의 바닥면은 반사경(220)으로 제공될 수 있다. 상기 반사경(220)은 반사물질을 코팅하여 제공될 수 있다. 이러한 구성에 의하면, 상기 발광기(140)로부터 발생된 광이 상기 반사경(220)을 통해서 외부로 효율적으로 조사될 수 있다. 그리고, 상기 발광기(140)에서 발생되는 광의 대부분은 상기 반사경(220)을 통해서 외부로 제공될 수 있다. 상기 반사경(220)은 별도로 제공되지 아니하고, 하우징(110)으로 제공되는 재질의 반사특성을 활용할 수도 있다.
상기 홀(221)에는 유전체(230)가 제공될 수 있다. 상기 컨덕터(210)는 상기 유전체(230)를 통과하여 상기 반사경(220)의 상측으로 더 연장될 수 있다. 상기 유전체는 알루미나, 지르코늄, 및 쿼츠(quartz) 중에서 선택되는 재질을 이용할 수 있고, 상기 유전체(230)에 따르면, 빛은 반사하고 전자파는 투과시킬 수 있다. 이에 따르면, 발광기(140)로부터의 광을 반사시켜서 발광효율을 증진시킬 수 있고, 전자파의 투과량을 더 높일 수 있다.
상기 유전체(230)는 상기 하우징에 고정될 수도 있고, 컨덕터에 고정될 수도 있다.
도 4는 제 1 실시예에서 홀과 컨덕터와 발광기를 평면에서 관찰한 도면이고, 도 5는 제 1 실시예에서 전계강도를 관찰한 도면이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 이미 설명한 바와 같이 컨덕터(120)의 연장방향과 모터축(161)의 연장방향과 상기 발광기(140)의 연장방향은 서로 직교한다. 또한, 컨덕터(120)의 상단부의 단면은 실질적으로 일방향으로 긴 형태, 바람직하게는 직사각형으로 제공되고, 상기 발광기(140)의 단면은 실질적으로 일방향으로 긴 형태, 바람직하게 직사각형으로 제공된다. 또한, 두 직사각형의 장축방향이 서로 일치할 수 있다. 이에 따르면, 컨덕터(120)로부터 제공되는 전계는 실질적으로 대부분이 발광기(140)를 통과하게 된다. 이에 따르면, 상기 발광기(140)의 내부에서 플라즈마의 높은 활성화를 기대할 수 있다.
상기 홀(221)과 상기 발광기(140)의 실질적으로 서로 중심을 공유할 수 있다. 또한, 홀(221)과 상기 발광기(140)의 장변의 길이는 서로 같거나 공학적인 관점에서 유의한 차이가 없는 실질적인 동일한 크기로 제공될 수 있다. 이로써, 발광기(140)에 대한 균등한 전계인가라는 효과를 더 높일 수 있다.
도 6은 상기 컨덕터와 상기 홀의 위치관계를 보이는 평면도이다.
도 6을 참조하면, 상기 컨덕터(210)의 단면과 상기 홀(221)의 단면은 서로 기하학적인 중심을 공유할 수 있다. 이로써, 전계의 진행방향에 있어서, 수평방향의 전계는 중심에서 볼 때 대칭이고, 수직방향의 전계도 중심에서 볼 때 대칭구조로 제공할 수 있다. 그러나 수평방향전계 및 수직방향전계는 서로 다르다.
상기 홀(221)은 슬롯 형상으로서 어느 일 방향이 길게 제공될 수 있다. 상기 홀(221)의 단변(W1)은 18~22mm로 제공되고, 장변(W2)는 30~34mm로 제공될 수 있다. 상기 장변과 상기 단변의 비율(W2/W1)은 1.5~1.6으로 제공될 수 있다.
상기 컨덕터(210) 단부의 단면형상은 어느 일 방향이 길게 제공될 수 있다. 상기 컨덕터(210) 단부의 단면형상은 단변(W3)은 6~10mm, 장변(W4)는 14~20mm로 제공될 수 있다. 상기 장변과 상기 단변의 비율(W4/W3)은 1.9~2.3으로 제공될 수 있다.
상기 구성은 몇 가지 시사점을 가진다.
첫째, 상기 장변과 단변의 비율은 무한적으로 커질 수 없다. 이는 발광기(140)가 일 방향으로 길게 제공되면, 발광기(140)의 회전시에 그 내부에서 활성화되는 플라즈마의 유동이 불균일하게 될 수 있는 이유, 및 회전하는 발광기(140)의 기구적인 강도가 저하되는 문제가 있기 때문이다. 또한, 상기 장변과 단변의 비율이 너무 작으면 일 방향으로 긴 발광기(140)에 의한 발광효율의 상승효과를 제대로 얻을 수 없는 문제점이 있기 때문이다.
둘째, 상기 컨덕터(210)의 장변과 단변의 비율에 비하여, 상기 홀(221)의 장변과 단변의 비율이 작게 제공된다. 이는 가급적 전계를 장변측으로 유도하고자 하는 목적을 가진다. 도 8을 참조하여 더 상세하게 설명한다.
도 8은 컨덕터와 홀의 사이에 형성되는 전계밀도를 도시한다. 도 8을 참조하면, 컨덕터와 홀의 사이 간격이 장변측(L1)에서보다 단변측(L2)에서 크다. 다시 말하면, 장변측의 간격(L1)이 짧은 것이다. 이에 따르면 전계가 가급적 장변측으로 쏠리게 된다. 도면에서 화살표의 수는 전계의 강도를 나타낸다. 따라서 더 많은 전계가 회전하는 발광기(140)를 향하도록 할 수 있다. 더 상세하게는, 발광기(140)의 내측부분을 향하여 전계가 향할 수 있고, 발광기(140)가 회전할 때 내부의 물질이 골고루 섞이는 쪽(컨덕터 및 홀의 장변측)에 더 많은 전계가 인가되도록 하여 플라즈마를 더 균일하게 활성화시킬 수 있다.
다시 도 6을 참조하면, 평면에서 볼 수는 없지만, 상기 컨덕터는 상기 반사부(120)에 제공되는 홀(221)을 통과하여 상측으로 더 연장된다. 이로써, 상기 컨덕터(210)는 상기 발광기(140)에 더 근접하는 효과를 얻을 수 있다. 이에 따르면, 발광기(140)로 더 많은 전계가 향하도록 할 수 있다.
도 7은 도 6의 A-A'의 단면도이다.
도 7을 참조하면, 컨덕터(210)의 상단부는, 반사부(120)를 이루는 하우징(110)의 상단부를 넘어서서 상측으로 더 연장된다. 다시 말하면, 반사부(120)에 제공되는 홀(221)을 통과하여 소정의 연장길이, H1만큼 더 연장된다.
도면에 도시되지는 않았지만, 그 상단부의 인접 상측에는 발광기(140)가 놓일 수 있는 것은 당연히 예측가능하다. 결국, 발광기(140)와 컨덕터(210)가 더 접근하고 더 많은 전계가 발광기(140)로 갈 수 있는 것은 쉽게 예상가능할 것이다.
제 1 실시예에 따르면, 실린더로 예시 가능한 일방향으로 긴 회전하는 무전극전구를 더 크게 하면서도, 더 많은 전계가 더 집속되어 무전극전구로 인가되도록 할 수 있다. 이에 따르면, 플라즈마를 더 활성화시킬 수 있고, 더 높은 발광효율을 얻을 수 있다. 또한, 엄정한 구성, 형상, 및 배치를 제안함으로써, 컨덕터로부터 인가되는 전계가 무용하게 소실됨이 없이 무전극전구로 효율적으로 향하도록 하는 무전극 플라즈마 조명장치를 제안한다.
<제 2 실시예>
본 발명의 제 2 실시예는 상기 제 1 실시예에서 일 부분이 바뀌는 것이 특징적으로 달라진다. 예를 들어, 그릴의 위치 및 형상이 특징적으로 달라진다. 제 2 실시예는 상기 제 1 실시예의 구성으로서 동일하게 적용되는 부분은 제 2 실시예의 설명이 그대로 적용되는 것으로 하고, 그 구체적인 설명은 생략한다.
도 9는 제 2 실시예에 따른 무전극 플라즈마 조명장치의 사시도이고, 도 10은 제 2 실시예에 따른 무전극 플라즈마 조명장치의 단면도이다.
도 9 및 도 10을 참조하면, 제 2 실시예에 따른 무전극 플라즈마 조명장치(100)는 그릴(130)과 발광기(140)의 상호 간의 높이에 있어서, 그릴(130)이 발광기(140)의 위에 놓이는 것이 아니라, 상기 발광기(140)의 상부에 놓여있다. 다시 말하면, 발광기(140)는 그릴(130)과 상하방향으로 이격하지 않고, 좌우방향으로 이격한다. 이에 따르면, 컨덕터(210)로부터 제공되는 전계 중에서 더 많은 양이 발광기(140)를 통과할 수 있다. 그럼에도 불구하고, 발광기(140)가 회전하기 때문에, 플라즈마의 발생 및 핫스팟의 문제는 발생하지 않는다.
다른 설명에 따르면, 다른 구조물의 크기가 동일하다면, 제 1 실시예에 비하여 발광기(140)를 더 크게 제공할 수도 있는 것을 알 수 있다. 발광기가 크면 클수록 얻을 수 있는 효과는 제 1 실시예와 마찬가지이다. 이 또한 제 2 실시예의 근본적인 작용효과의 장점을 이룬다.
도 10에서 화살표는 전계를 나타내고 있다. 도 10을 참조하면, 종래에는 발광기(140)를 통과하지 않고 발광기(140)와 컨덕터(210) 단부의 사이에서 빠져나가는 전계가 그릴(130)의 당기는 힘에 의해서 발광기(140)를 향하는 것을 볼 수 있다.
상기 그릴(130)을 더 상세하게 설명한다. 그릴(130)은 와이어(131)로 제공되고, 반사부(120)의 상단부에서 안쪽으로 연장되는 수 개의 가지가 중앙부에서 서로 만나는 형태로 제공된다. 상기 와이어(131)의 중앙부는 사각틀(132)을 이루고, 상기 사각틀(132)의 내측부분에는 발광기(140)의 적어도 일 부분이 통과하는 구성으로 제공된다. 따라서, 그릴(130)과 컨덕터(210)는 더 접근하게 되고, 더 많고 큰 전계가 발광기(140)로 안내될 수 있다.
제 2 실시예에 따르면, 무전극 플라즈마 조명장치의 발광효율이 더 높아질 수 있다.
본 발명에 따르면, 무전극 플라즈마 조명장치의 발광효율을 높일 수 있어, 더 작은 크기로 더 높은 출력의 무전극 플라즈마 조명장치를 얻을 수 있다. 따라서, 종래 큰 무전극 플라즈마 조명장치의 단점을 극복하여 더 편리하게 실외 조명장치의 기능, 및 인공적인 자연 광원을 얻을 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
100 무전극 플라즈마 조명장치 110 하우징
120 반사부 130 그라운드
140 발광기 150 브라켓
160 모터 200 공급부
210 컨덕터 220 반사경
230 유전체

Claims (17)

  1. 내부공간을 가지는 하우징;
    상기 내부공간에 배치되고 일 측은 외부로부터 전기적 에너지를 전달받으며 타 측은 상기 하우징에 연결되는 공급부;
    상기 공급부와 이격되어 상기 공급부로부터 상기 전기 에너지를 공급받는 컨덕터;
    상기 하우징의 상측에 제공되는 반사부;
    상기 반사부의 내부에 적어도 일부가 놓이고, 상기 컨덕터로부터 전계를 공급받고, 일방향으로 길게 제공되는 발광기;
    상기 발광기를 회전시키는 모터;
    상기 모터와 상기 발광기를 연결시키는 모터축; 및
    상기 반사부의 상부에 제공되되 표면에 반사물질이 코팅되는 그라운드가 포함되며,
    상기 발광기는 상기 모터축의 연장방향을 따라서 길게 제공되는 실린더 형상이며,
    상기 발광기의 상부에 위치하되 상기 발광기로부터 좌우 방향으로 이격하여 구비되는 그릴을 포함하며, 상기 그릴에는 사각틀이 포함되고, 실린더 형상의 상기 발광기의 일부가 상기 사각틀의 안을 통과하는 무전극 플라즈마 조명장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 발광기를 바라보는 상기 컨덕터의 단부 형상은, 일 방향이 길게 제공되는 무전극 플라즈마 조명장치.
  3. 삭제
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 컨덕터의 단부 형상은 사각형으로 제공되는 무전극 플라즈마 조명장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 컨덕터는 전체가 사각형 단면으로 제공되는 무전극 플라즈마 조명장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 모터축의 연장방향과 상기 컨덕터의 연장방향은 서로 직교하는 무전극 플라즈마 조명장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 컨덕터는 상기 하우징의 상면에 제공되는 홀을 통과하는 무전극 플라즈마 조명장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 홀은 직사각형으로 제공되는 무전극 플라즈마 조명장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 홀의 장변과 단변의 비율은 1.5~1.6으로 제공되는 무전극 플라즈마 조명장치.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 컨덕터 단면의 장변과 단변의 비율은 1.9~2.3으로 제공되는 무전극 플라즈마 조명장치.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 컨덕터 단면의 장변과 단변의 비율에 비하여, 상기 홀의 장변과 단변의 비율이 작게 제공되는 무전극 플라즈마 조명장치.
  12. 제 7 항에 있어서,
    상기 홀에는 유전체가 놓이고, 상기 컨덕터는 상기 유전체를 통과하는 무전극 플라즈마 조명장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 유전체는, 알루미나, 지르코늄, 또는 쿼츠를 재질로 하는 무전극 플라즈마 조명장치.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 컨덕터는 순동, 황동, 또는 알루미늄으로 제공되는 무전극 플라즈마 조명장치.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 발광기에 가하여지는 전계는, 수평방향전계는 서로 대칭이고, 수직방향전계는 서로 대칭이고, 상기 수평방향전계 및 상기 수직방향전계는 서로 다른 무전극 플라즈마 조명장치.
  16. 삭제
  17. 삭제
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