KR102349116B1 - 제논 플래쉬 램프 - Google Patents

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Abstract

제논 플래쉬 램프가 개시된다. 개시되는 일 실시예에 따른 제논 플래쉬 램프는 내부에 제논 가스가 수용되는 발광관, 상기 발광관의 양단에 배치되는 전극, 일단이 상기 전극에 연결되고, 타단이 상기 발광관의 외부로 돌출되는 전극 로드 및 상기 발광관의 외주면 중 일부에 형성된 금속 코팅층을 포함한다.

Description

제논 플래쉬 램프{XENON FLASH LAMP}
개시되는 실시예들은 제논 플래쉬 램프 기술과 관련된 것이다.
일반적으로, 제논 램프는 수은 증기를 사용하지 않고 제논 가스를 사용하면서 벌브 내부의 플라즈마 생성 수단인 방전관에 의해 생성된 자외선과 가시광선으로 실제 사용 가능한 빛을 제공하는 조명 장치이다. 제논 램프는 다른 조명 장치에 비하여 자연광에 가장 가까운 빛을 방출하고, 수은을 사용하지 않아 친환경적이며, 광도를 쉽게 조절할 수 있는 장점이 있어 다양한 분야에 적용되고 있다.
도 1a는 종래 제논 플래쉬 램프(100)의 정면도이고, 도 1b는 종래 제논 플래쉬 램프(100)의 측면도이며, 도 1c는 종래 제논 플래쉬 램프(100)에 배치된 트리거 와이어(140)의 구조를 설명하기 위한 도면이다. 도 1a 내지 도 1c를 참조하면, 종래 제논 플래쉬 램프(100)는 발광관(110), 전극(120), 전극 로드(130) 및 트리거 와이어(140)를 포함한다. 발광관(110)과 전극(120) 및 전극 로드(130)는 고정 및 밀봉 처리된다. 전극 로드(130)의 일부는 발광관(110)에 봉입되어 있다.
종래 제논 플래쉬 램프(100)는 직류(DC) 램프로서, 발광관(110)은 내부에 제논 가스(xenon gas)를 수용하고 있으며, 전극(120)은 양극(anode) 전극 및 음극(cathode) 전극으로 구분되어 발광관(110) 내부의 양단에 수용된다. 또한 전극 로드(130)는 일단이 발광관(110) 내에서 전극(120)에 연결되고, 타단이 발광관(110)의 외부로 돌출된다.
이때, 빛을 발생시키기 위해서는 발광관(110) 내부의 제논 가스에 포함된 제논 원자를 들뜨게 해야 하는데, 이 과정에 앞서 제논 가스를 이온화시키기 위해 종래 제논 플래쉬 램프(100) 내 두 전극(120) 사이에 높은 시동 전압을 가해야 하는 문제점이 있다.
이러한 높은 시동 전압을 낮추기 위해, 도 1c에 도시된 바와 같은 구조를 갖는 트리거 와이어(140)가 발광관(110)의 외주면을 따라 감겨서 배치된다. 그러나, 외주면의 일부에만 접촉되는 트리거 와이어(140)의 구조상 발광관(110) 외주면에 균일하게 고정되는 것에 한계가 있어 시동 전압을 일정 수치 이하로 낮추는 데에는 어려움이 있다.
한편, 제논 플래쉬 램프(100)의 발광 효율을 높이기 위해서 제논 플래쉬 램프에서 출력되는 빛을 반사하는 반사판을 제논 플래쉬 램프 외부에 배치하기도 하나, 별도로 반사판을 마련해야 한다는 점에서 설계 상의 불편함이 존재한다.
한국등록특허공보 제10-1821898호(2018.01.18.)
개시되는 실시예들은 시동 전압을 최적화하면서도 발광 효율을 향상시킬 수 있는 제논 플래쉬 램프를 제공하기 위한 것이다.
개시되는 일 실시예에 따른 제논 플래쉬 램프는, 내부에 제논 가스가 수용되는 발광관, 상기 발광관의 양단에 배치되는 전극, 일단이 상기 전극에 연결되고, 타단이 상기 발광관의 외부로 돌출되는 전극 로드 및 상기 발광관의 외주면 중 일부에 형성된 금속 코팅층을 포함한다.
상기 금속 코팅층은, 일단이 상기 발광관의 외주면 상의 제1 부분에 형성되고, 상기 발광관의 외주면의 둘레 방향을 따라서 연속적으로 형성되어 타단이 상기 발광관의 외주면 상의 상기 제1 부분과 이격된 제2 부분에 형성될 수 있다.
상기 금속 코팅층은, 상기 발광관의 외주면의 둘레 방향을 따라서 상기 발광관의 중심축과 형성하는 회전각이 120도 이상 240도 이하일 수 있다.
상기 금속 코팅층은, 상기 발광관의 축 방향을 기준으로 상기 양단의 전극의 이격 거리에 대응되는 상기 발광관의 외주면을 따라서 형성될 수 있다.
상기 금속 코팅층은, 은(Ag), 알루미늄(Al), 마그네슘(Mg), 금(Au), 구리(Cu), 아연(Zn), 니켈(Ni), 백금(Pt) 중 적어도 하나를 포함하는 금속 재료를 이용하여 형성될 수 있다.
개시되는 실시예들에 따르면, 내부에 제논 가스가 수용되는 발광관의 외주면을 따라서 형성된 금속 코팅층이 트리거 와이어 대신 트리거(trigger) 역할을 수행함으로써, 기존의 트리거 와이어에 비해 발광관에 대한 밀착도를 높여 제논 플래쉬 램프의 시동 전압을 낮출 수 있다.
또한 개시되는 실시예들에 따르면, 상술한 금속 코팅층이 발광관의 외주면을 따라 형성됨으로써, 기존의 트리거 와이어에 비해 제논 플래쉬 램프 내에서 안정적인 물리적 위치를 확보하여 상술한 시동 전압을 보다 균일하게 설정할 수 있다.
또한 개시되는 실시예들에 따르면, 제논 플래쉬 램프에 수작업으로 트리거 와이어를 감는 대신 도포액을 사용하여 금속 코팅층을 도포함으로써, 제논 플래쉬 램프의 양산에 소요되는 시간을 줄일 수 있다.
또한 개시되는 실시예들에 따르면, 상술한 금속 코팅층이 제논 플래쉬 램프 외부에 배치되는 반사판을 대체함으로써, 기존의 반사판에 비해 램프광을 반사하는 부분의 면적을 넓혀 제논 플래쉬 램프의 발광 효율을 보다 높일 수 있다.
도 1a는 종래 제논 플래쉬 램프(100)의 정면도
도 1b는 종래 제논 플래쉬 램프(100)의 측면도
도 1c는 종래 제논 플래쉬 램프(100)에 배치된 트리거 와이어(140)의 구조를 설명하기 위한 도면
도 2a는 일 실시예에 따른 제논 플래쉬 램프(200)의 정면도
도 2b는 일 실시예에 따른 제논 플래쉬 램프(200)의 측면도
도 2c는 일 실시예에 따른 제논 플래쉬 램프(200)에 배치된 금속 코팅층(240)의 구조를 설명하기 위한 도면
도 3은 종래의 제논 플래쉬 램프(100)와 일 실시예에 따른 제논 플래쉬 램프(200) 간의 시동 전압을 나타낸 도면
이하, 도면을 참조하여 구체적인 실시형태를 설명하기로 한다. 이하의 상세한 설명은 본 명세서에서 기술된 방법, 장치 및/또는 시스템에 대한 포괄적인 이해를 돕기 위해 제공된다. 그러나 이는 예시에 불과하며 개시되는 실시예들은 이에 제한되지 않는다.
실시예들을 설명함에 있어서, 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 개시되는 실시예들의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 그리고, 후술되는 용어들은 개시되는 실시예들에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. 상세한 설명에서 사용되는 용어는 단지 실시예들을 기술하기 위한 것이며, 결코 제한적이어서는 안 된다. 명확하게 달리 사용되지 않는 한, 단수 형태의 표현은 복수 형태의 의미를 포함한다. 본 설명에서, "포함" 또는 "구비"와 같은 표현은 어떤 특성들, 숫자들, 단계들, 동작들, 요소들, 이들의 일부 또는 조합을 가리키기 위한 것이며, 기술된 것 이외에 하나 또는 그 이상의 다른 특성, 숫자, 단계, 동작, 요소, 이들의 일부 또는 조합의 존재 또는 가능성을 배제하도록 해석되어서는 안 된다.
한편, 상측, 하측, 일측, 타측 등과 같은 방향성 용어는 개시된 도면들의 배향과 관련하여 사용된다. 본 발명의 실시예의 구성 요소는 다양한 배향으로 위치 설정될 수 있으므로, 방향성 용어는 예시를 목적으로 사용되는 것이지 이를 제한하는 것은 아니다.
또한, 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성 요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성 요소도 제1 구성 요소로 명명될 수 있다.
이하에서, '시동 전압'은 제논 플래쉬 램프 내에 수용된 제논 원자를 여기(excitation)시키기 위해 제논 가스를 이온화(ionization)하는 데 필요한 최소 전압을 의미한다.
또한 이하에서, '발광 효율'은 제논 플래쉬 램프 내에 수용된 제논 원자의 여기 에너지가 발광 에너지로 변환되는 비율을 의미한다.
도 2a는 일 실시예에 따른 제논 플래쉬 램프(200)의 정면도이고, 도 2b는 일 실시예에 따른 제논 플래쉬 램프(200)의 측면도이며, 도 2c는 일 실시예에 따른 제논 플래쉬 램프(200)에 배치된 금속 코팅층(240)의 구조를 설명하기 위한 도면이다. 도 2a 내지 도 2c를 참조하면, 일 실시예에 따른 제논 플래쉬 램프(200)는 발광관(210), 전극(220), 전극 로드(230) 및 금속 코팅층(240)을 포함한다.
발광관(210)은 내부에 제논 가스를 수용한다.
일 실시예에 따르면, 발광관(210), 전극(220) 및 전극 로드(230)가 배치되고 서로 밀봉된 상태에서, 발광관(210)의 외주면 상에 배기관(미도시)이 형성되고, 배기관(미도시)을 통해 제논 가스가 발광관(210) 내부로 주입될 수 있다.
이어서, 제논 가스의 주입이 끝나면 배기관(미도시)은 제거되고 배기관(미도시)과 발광관(210)의 연결부는 밀봉될 수 있다.
전극(220)은 발광관(210)의 양단에 배치된다.
일 실시예에 따르면, 전극(220)은 양극(anode) 전극 및 음극(cathode) 전극으로 구분되어 발광관(210)의 양단에 배치될 수 있다.
전극 로드(230)는 일단이 전극(220)에 연결되고, 타단이 발광관(210)의 외부로 돌출된다.
일 실시예에 따르면, 돌출된 전극 로드(230)의 타단은 외부 전원에 연결된 도선과 연결되어 제논 플래쉬 램프(200)의 구동에 필요한 시동 전압이 양단의 전극(220) 사이에 걸리도록 할 수 있다.
금속 코팅층(240)은 발광관(210)의 외주면 중 일부에 형성된다.
이하에서 '외주면'이란, 발광관(210)의 바깥쪽 둘레를 이루는 표면을 의미한다.
일 실시예에 따르면, 금속 코팅층(240)은 스퍼터링(sputtering), 도포(application), 스크린 인쇄(screen printing) 방법 중 어느 하나를 이용하여 발광관(210)의 외주면에 형성될 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
일 실시예에 따르면, 금속 코팅층(240)은 발광관(210)의 외주면 중 광 방출면을 제외한 적어도 일부 외주면을 따라서 형성될 수 있다.
구체적으로, 금속 코팅층(240)은, 일단이 발광관(210)의 외주면 상의 제1 부분에 형성되고, 발광관(210)의 외주면의 둘레 방향을 따라서 연속적으로 형성되어 타단이 발광관(210)의 외주면 상의 제1 부분과 이격된 제2 부분에 형성될 수 있다.
이때 제1 부분과 제2 부분 사이의 둘레는, 도 2c에 표시된 L1에 해당할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 금속 코팅층(240)은, 발광관(210)의 외주면의 둘레 방향을 따라서 발광관(210)의 중심축과 형성하는 회전각이 120도 이상 240도 이하일 수 있다.
이에 따라, L1은 발광관(210)의 외주면의 총 둘레의 1/3 이상 2/3 이하의 값을 가질 수 있다.
일 실시예에 따르면, 금속 코팅층(240)은 발광관(210)의 축 방향을 기준으로 양단의 전극(220)의 이격 거리에 대응되는 발광관(210)의 외주면을 따라서 형성될 수 있다.
구체적으로, 발광관(210)의 축 방향을 기준으로 한 금속 코팅층(240)의 길이는 도 2c에 표시된 L2에 해당할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 발광관(210)의 축 방향을 기준으로 한 금속 코팅층(240)의 길이는 L2를 기준으로 ±3mm 범위 내의 값에 해당할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 금속 코팅층(240)은 금속의 종류에 따라 기 설정된 L3만큼의 두께로 발광관(210)의 외주면을 따라 형성될 수 있다.
구체적으로, 금속 코팅층(240)이 알루미늄(Al)으로 이루어지는 경우, L3는 1μm 이상의 값을 가질 수 있다.
일 실시예에 따르면, 금속 코팅층(240)은 발광관(210) 내부에 수용된 제논 가스에 의해 발생한 빛의 적어도 일부를 광 방출면 방향으로 반사시킴으로써 광 방출면 방향에서의 광량을 증가시켜 제논 플래쉬 램프(200)의 발광 효율을 높일 수 있다.
이를 위하여, 금속 코팅층(240)은 일정 이상의 반사율을 갖는 금속으로 이루어질 수 있다.
구체적으로, 금속 코팅층(240)은 은(Ag), 알루미늄(Al), 마그네슘(Mg), 금(Au), 구리(Cu), 아연(Zn), 니켈(Ni), 백금(Pt) 중 적어도 하나를 포함하는 금속 재료를 이용하여 형성될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 금속 코팅층(240)은 발광관(210)의 외주면의 일부를 둘러쌈으로써, 발광관(210)의 외주면에 감기는 트리거 와이어(140)에 비해 발광관(210)과의 밀착도를 높일 수 있으며 더 안정적으로 고정될 수 있다.
이에 따라, 제논 플래쉬 램프(200)의 발광을 위한 시동 전압은 종래 제논 플래쉬 램프(100)의 시동 전압에 비해 낮고 균일하게 형성될 수 있다. 이하 도 5를 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
또한 일 실시예에 따르면, 금속 코팅층(240)은 발광관(210)의 외주면과 이격되지 않고 발광관(210)의 외주면을 감싸며 형성되기 때문에, 별도의 반사판을 배치하는 경우에 비해 제논 가스에 의해 발생하는 빛이 입사되는 광량을 더 증폭시킬 수 있다.
이에 따라, 제논 플래쉬 램프(200)의 발광 효율은 반사판을 별도로 배치한 제논 플래쉬 램프의 발광 효율에 비해 향상될 수 있다.
도 3a는 종래 제논 플래쉬 램프(100)의 시동 전압을 나타낸 도면이며, 도 3b는 일 실시예에 따른 제논 플래쉬 램프(200)의 시동 전압을 나타낸 도면이다.
제논 플래쉬 램프(100, 200)의 시동 전압은 파센의 법칙(Paschen's law)을 따른다. 파센의 법칙이란, 발광관(110, 210) 내에서 방전이 시작될 때 시동 전압과 제논 가스의 압력 및 전자의 이동 거리 간의 관계를 설명하는 법칙으로써, 하기의 수학식 1로 요약될 수 있다.
[수학식 1]
Figure 112020002078418-pat00001
이때, Vign은 제논 플래쉬 램프(100, 200)의 시동 전압, p는 제논 가스의 압력, d는 전자의 이동 거리, A, B 및 γ는 파센 상수(paschen constant)를 나타낸다.
구체적으로, 제논 가스에 대한 파센 상수 A, B 및 γ는 하기의 표 1과 같다.
A (단위: (cm*torr)-1) B (단위: (cm*torr)-1) γ
26 350 0.013
따라서, 제논 플래쉬 램프(100, 200)의 시동 전압에 영향을 미치는 주된 요인은 제논 가스의 압력 및 전자의 이동 거리인 바, 제논 가스의 압력이 동일할 때 전자의 이동 거리를 감소시킴으로써 제논 플래쉬 램프(100, 200)의 시동 전압을 낮출 수 있다.
도 3a를 참조하면, 종래 제논 플래쉬 램프(100)는 발광관(110)의 외주면을 따라 감긴 트리거 와이어(140)를 이용하여, 전자의 이동 거리를 양단 전극(120) 사이의 거리에서 전극(120)과 트리거 와이어(140) 사이의 거리로 감소시킴으로써 9.52kV 수준으로 시동 전압을 저하시킨 것을 알 수 있다.
한편 도 3b를 참조하면, 일 실시예에 따른 제논 플래쉬 램프(200)는 발광관(210)의 외주면 중 일부를 감싸는 금속 코팅층(240)을 이용하여, 트리거 와이어(140)에 비해 발광관(210)과의 밀착도를 높임으로써 전자의 이동 거리를 더욱 감소시킨 결과, 5.60kV 수준으로 시동 전압을 저하시킨 것을 알 수 있다.
또한, 금속 코팅층(240)이 트리거 와이어(140)에 비해 발광관(210)의 외주면 상에서 더욱 안정적으로 위치함으로써, 시동 전압의 균일 정도 역시 크게 개선된 것을 알 수 있다.
이상에서 본 발명의 대표적인 실시예들을 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 실시예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다. 그러므로 본 발명의 권리범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 청구범위뿐만 아니라 이 청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
100, 200: 제논 플래쉬 램프
110, 210: 발광관
120, 220: 전극
130, 230: 전극 로드
140: 트리거 와이어
240: 금속 코팅층

Claims (5)

  1. 내부에 제논 가스가 수용되는 발광관;
    상기 발광관의 양단에 배치되는 전극;
    일단이 상기 전극에 연결되고, 타단이 상기 발광관의 외부로 돌출되는 전극 로드; 및
    상기 발광관의 외주면 중 일부에 형성된 금속 코팅층을 포함하고,
    상기 금속 코팅층은, 일단이 상기 발광관의 외주면 상의 제1 부분에 형성되고, 상기 발광관의 외주면의 둘레 방향을 따라서 연속적으로 형성되어 타단이 상기 발광관의 외주면 상의 상기 제1 부분과 이격된 제2 부분에 형성되되, 상기 발광관의 외주면의 둘레 방향을 따라서 상기 발광관의 중심축과 형성하는 회전각이 120도 이상 240도 이하인, 제논 플래쉬 램프.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 금속 코팅층은, 상기 발광관의 축 방향을 기준으로 상기 양단의 전극의 이격 거리에 대응되는 상기 발광관의 외주면을 따라서 형성되는, 제논 플래쉬 램프.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 금속 코팅층은, 은(Ag), 알루미늄(Al), 마그네슘(Mg), 금(Au), 구리(Cu), 아연(Zn), 니켈(Ni), 백금(Pt) 중 적어도 하나를 포함하는 금속 재료를 이용하여 형성되는, 제논 플래쉬 램프.
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