KR20020006538A - 고휘도 마이크로파 램프 - Google Patents

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더글라스에이커크패트릭
제임스티돌란
도날드에이맥레난
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제임스이심슨
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키플링 켄트
퓨전 라이팅, 인코포레이티드
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Abstract

본 발명은 무전극 마이크로파 방전 램프에 관한 것으로, 상기 램프는 마이크로파 에너지원, 마이크로파 공동, 상기 에너지원으로부터 상기 마이크로파 공동으로 마이크로파 에너지를 전달하도록 형성된 구조물, 상기 마이크로파 에너지에 의하여 여기될 때 빛을 방출하도록 마이크로파 공동 내에 배치된 전구, 및 크기가 감소된 상기 공동이 원하는 공진모드를 유지하기에 충분한 양으로 상기 마이크로파 공동에 충진되어 있는 유전성 물질을 포함하고 있다.

Description

고휘도 마이크로파 램프{HIGH BRIGHTNESS MICROWAVE LAMP}
마이크로파 방전 램프는 당업자에게 잘 알려져 있다. 작동에 있어, 마그네트론 또는 다른 마이크로파 에너지원은 도파관을 통하여 마이크로파 공동으로 마이크로파 에너지를 전달한다. 충전물이 함유된 무전극 전구(bulb)는 상기 마이크로파 공동 내에 배치되어 있다. 상기 마이크로파 에너지는 여기되어 빛을 방출하도록 상기 충전물에 결합된다.
우리(Ury) 등의 미국특허번호 제5,334,913호, "마이크로파 공동 내에 위치한 비전도성 반사기를 갖는 마이크로파 구동램프(Microwave Powered Lamp having a Non-conductive Reflector within the Microwave Cavity)"에는 마이크로파 공동 내부에 반사기를 포함하는 마이크로파 방전램프가 공개되어 있다. 상기 내부 반사기는 일반적으로 광출력 방향을 결정하는 외부 반사기에서 연장되어 사용된다.
도 1은 미국 메릴랜드주 로크빌(Rockville, Maryland USA)에 소재한 퓨전라이팅社(Fusion Lighting, Inc.)로부터 구입할 수 있는 상품명 standard Light Drive(R)1000인 마이크로파 방전 램프의 개략도로서, 포위체(1, enclosure)에는 전원 및 제어회로와 함께 마그네트론 및 도파관이 수용되어 있다. 마이크로파 에너지는 고형부(5, solid portion) 및 망상부(7, mesh portion)를 갖는 여파기(4, 濾波器, screen)에 의하여 경계지어진(defined) 마이크로파 공동(3)에 결합된다. 외부 반사기(11)는 상기 마이크로파 공동(3)을 둘러싸도록 상기 포위체(1)에 설치된다. 전구 충전물(fill)은 예를 들어 미국특허번호 제5,404,076호에 설명된 것과 같은 일반적인 황 또는 셀레늄 충전물이다.
미국특허번호 제5,841,233호에 상술된 바와 같이, 2색선별 미러(dichroic mirror)는 상기 마이크로파 공동(3) 내부에 설치되어 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 2색선별 미러(13)는 상기 고형부(5)와 망상부(7) 사이의 접합점에 설치되어 있다. 상기 미러(13)는 상기 외부 반사기(11)와 함께 전구(9)로부터의 광출력 방향을 유도하는데 사용된다. 상기 전구(9)는 일반적으로 상기 외부 반사기(11)의 초점(focal point)에 위치한다.
도 3은 미국특허번호 제5,903,091호에 공개된 마이크로파 공동의 내면 상에 배치된 반사성 코팅을 갖는 마이크로파 램프의 개략적인 횡단면도로서, 반사성 코팅(15, reflective coating)은 공진 마이크로파 공동을 형성하는 금속 포위체(17)의 내면에 배치되어 있다. 상기 포위체는 여파기 또는 망(23, mesh)에 의하여 덮인 개구부(21, aperture)를 한정한다(define). 마이크로파 에너지는 결합 슬롯(slot)을 통하여 마이크로파 공동에 제공되어, 상기 에너지는 여기되어 빛을 방사하도록 전구(19) 내의 충전물에 결합된다. 빛은 주로 상기 개구부(21)를 통하여 포위체(17)를 벗어난다.
발명의 요약
본 발명의 일목적은 마이크로파 공동 내부의 광반사성 물질을 이용하는 마이크로파 방전 램프를 제공하는 것이다. 본 발명의 일목적은 특히 효율적으로 외부 광학 부재에 결합될 수 있는 고전력 개구 램프를 제공하는 것이다. 본 발명의 다른 목적은 밀봉된 마이크로파 방전 램프 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 일특징에 따른 무전극 마이크로파 방전 램프는 마이크로파 에너지원, 마이크로파 공동, 상기 에너지원으로부터 마이크로파 공동으로 마이크로파 에너지를 전달하도록 형성된 결합구조물, 마이크로파 에너지에 의하여 여기되어 빛을 방출하는 방전 형성 충전물을 내포하는 상기 마이크로파 공동 내에 배치된 전구, 및 상기 마이크로파 공동 내에 상기 전구와 일정 간격을 두고 배치된 반사기를 포함하고 있되, 상기 반사기는 전구와 광방출 개구부를 둘러싸고 있는 반사성 공동을 경계짓고, 상기 반사성 공동은 상기 마이크로파 공동의 내면적 보다 훨씬 작은 내면적을 갖는다. 대부분의 실시예에 있어, 적어도 상기 반사기의 일부분은 상기 마이크로파 공동의 벽으로부터 일정 간격 떨어져 있다.
몇몇 실시예에 있어, 상기 광방출 개구부를 경계짓는 반사기의 일부분은 상기 전구의 외부 표면과 밀접하게 떨어진(closely spaced) 위치에서부터 상기 마이크로파 공동의 광 전달(transmissive) 말단부까지 연장되어 있다. 예를 들어, 상기 반사기의 내경은 상기 전구의 외경보다 약간 크다. 상기 반사기는 양단이 개방되어 반사성 물질로 이루어진 하나의 중공 원통을 포함할 수 있고, 이 경우 상기 전구는 빛을 상기 중공 원통으로 반사하도록 개조된다. 선택적으로 상기 반사기는 일단이 개방되어 있고 타단이 실질적으로 폐쇄되어 반사성 물질로 이루어진 하나의 중공 원통을 포함할 수 있고, 이 경우 상기 개방된 일단은 광방출 개구부를 경계짓는다. 만약 상기 전구가 스템(stem)에 부착되어 있다면, 상기 실질적으로 폐쇄된 타단은 상기 스템을 수용하기 위한 구멍(opening)을 갖는다. 몇몇 실시예에 있어, 상기 전구는 구형이고 상기 폐쇄된 타단은 반구형으로 상기 전구와 밀접하게 떨어져 있다. 상기 폐쇄된 타단은 전구로부터의 열전달을 촉진하기 위하여 상대적으로 상기 원통의 벽 보다 두꺼울 수 있다.
상기 반사기는 비전도(non-conductive) 고반사성(highly reflective) 물질로 제조되는 것이 바람직하다. 예를 들어 상기 물질에는 실리카 또는 알루미나 또는 이들의 혼합물이 포함된다.
몇몇 실시예에 있어, 상기 마이크로파 공동은 일단이 개방되어 있고 개구부를 제외하고 타단이 폐쇄된 견고한 벽으로 된 중공 금속 원통에 의하여 경계지어 지되, 상기 반사기의 외경은 상기 마이크로파 공동 개구부의 직경과 밀접하게 조화되도록 개조된다. 다른 실시예들에 있어, 상기 마이크로파 공동은 양단이 개방된 견고한 벽을 갖는 중공 금속 원통에 의하여 경계지어 지되, 상기 반사기는 일단에서 개방되어 있고 타단에서 실질적으로 폐쇄된 반사성 물질로 된 하나의 중공 원통을 포함하고, 이 경우 상기 반사성 원통의 개방된 일단은 광방출 개구부를 경계짓고, 반사성 원통의 외경은 상기 금속 원통의 내경과 거의 같다. 상기 마이크로파 공동을 경계짓는 금속 원통은 구조적으로 견고하고 변형에 대하여 저항하는 성질을 갖는 것이 바람직하다. 상기 반사기의 폐쇄된 타단은 독립된 반사성 원판(disk)을 포함할 수 있다. 대부분의 실시예에 있어, 상기 반사성 원통의 폐쇄된 타단은 상기 마이크로파 공동의 벽으로부터 일정 간격 떨어져 있고, 상기 전구와는 밀접하게 떨여져(closely spaced) 있을 수 있다.
상기 마이크로파 공동은 외부 오염으로부터 실질적으로 밀봉되어 있는 것이 바람직하다. 예를 들어 상기 마이크로파 공동이 광방출 개구부 부분에서 개방된 일단을 포함하는, 딱딱한 벽을 갖는 중공 금속 원통에 의하여 경계지어 진다면, 이 개방된 일단은 석영판에 의하여 덮여 진다. 몇몇 실시예에서, 상기 석영판에는 이 석영판 위에 놓여지거나 파묻힌 전도성 망을 포함하고 있다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 무전극 램프는 공진공동, 이 공진공동 내에 배치되어 방전 형성 충진물을 함유하고 있는 전구, 상기 충진물에 결합되는 에너지원, 및 공기보다 더 큰 유전상수를 갖되, 크기가 감소된 공진공동이 원하는 공진모드를 유지하는데 필요한 양으로 상기 공진공동에 충진되는 유전성 물질을 포함하고 있다. 상기 유전성 물질은 높은 반사율 및 높은 열전도율 중 적어도 하나의 성질을 갖는 것이 바람직하다. 도한 상기 유전성 물질의 유전 상수는 적어도 2인 것이 바람직하다. 보다 바람직하기로는 상기 유전성 물질의 유전 상수는 적어도 4인 것이 좋다. 예를 들어 상기 유전성 물질은 질화 붕소를 포함할 수 있다.
상기 유전성(dielectric) 물질은 상기 마이크로파 공동의 상당 부분을 점유하고 있는 것이 바람직하다. 예를 들어, 램프가 에너지를 상기 공진공동으로 향하게 하기 위한 결합 슬롯을 포함하는 곳에서, 상기 유전성 물질은 상기 결합 슬롯과 전구 사이의 공진 공동 전부분을 실질적으로 차지하고 있다. 만약 상기 전구가 구형이라면, 상기 유전성 물질은 전구 주위의 반구형 오목부(recess)를 경계짓는다. 상기 유전성 물질은 상기 전구를 지지하거나, 만약 전구가 스템에 부착되어 있다면 유전성 물질은 이 스템을 수용하는 구멍을 한정할 것이다.
이상의 본 발명의 목적, 특징 및 장점은 각각 그리고 조합되어 달성된다. 본 발명은 청구범위에서 명백하게 재인용되지 않는다면 설명된 둘 이상의 특징만으로 해석되어서는 안 된다.
본 발명은 마이크로파 방전 램프에 관한 것으로, 특히 본 발명은 마이크로파 공동 내부에 광반사성 물질(light reflective material)을 갖는 램프에 관한 것이다. 또한 본 발명은 밀봉된 마이크로파 램프 시스템과 관련이 있다.
도 1은 외부 반사기를 갖는 통상의 마이크로파 방전 램프에 대한 개략도,
도 2는 미러를 갖는 마이크로파 공동의 분해 사시도,
도 3은 마이크로파 공동 내면에 배열된 반사성 코팅을 갖는 마이크로파 램프의 개략적인 횡단면도,
도 4는 본 발명의 일특징에 따른 유전체가 채워진 마이크로파 공동을 갖는 제1 마이크로파 방전 램프의 개략적인 부분 횡단면도,
도 5는 본 발명의 일특징에 따른 유전체가 채워진 마이크로파 공동을 갖는제2 마이크로파 방전 램프의 개략적인 부분 횡단면도,
도 6은 본 발명에 따른 제3 마이크로파 방전 램프의 분해 횡단면도,
도 7은 상기 제3 실시예를 위한 첫 번째 대안적인 반사기 구조에 대한 분해 횡단면도,
도 8은 상기 제3 실시예를 위한 두 번째 대안적인 반사기 구조에 대한 분해 횡단면도,
도 9는 상기 제3 실시예를 위한 세 번째 대안적인 반사기 구조에 대한 분해 횡단면도,
도 10은 상기 제3 실시예를 위한 네 번째 대안적인 반사기 구조에 대한 분해 횡단면도,
도 11은 본 발명에 따른 제4 마이크로파 방전 램프의 사시도,
도 12는 상기 제4 실시예에 따른 램프의 개략도,
도 13은 상기 제4 실시예에 따른 램프의 개략적인 부분 횡단면도,
도 14는 상기 제4 실시예를 위한 첫 번째 대안적인 반사기 구조에 대한 개략적인 횡단면도,
도 15는 상기 제4 실시예를 위한 두 번째 대안적인 반사기 구조에 대한 개략적인 횡단면도,
도 16은 상기 제4 실시예를 위한 세 번째 대안적인 반사기 구조에 대한 개략적인 횡단면도,
도 17은 상기 제4 실시예를 위한 네 번째 대안적인 반사기 구조에 대한 개략적인 횡단면도,
도 18은 빛 강도(light intensity) 대 측정각에 대한 극 그래프(polar graph),
도 19는 통상의 마이크로파 방전 램프와 본 발명에 따른 마이크로파 방전 개구 램프의 스펙트럼 분포를 비교한 그래프,
도 20은 본 발명에 따른 마이크로파 방전 램프의 제5 실시예에 대한 개략적인 횡단면도,
도 21은 도 20의 점선부분(21)에 대한 확대 단면도,
도 22는 상기 제5 실시예를 위한 첫 번째 대안적인 구조를 나타내는 확대 단면도,
도 23은 통상적인 마그네트론에 대한 사시도,
도 24는 본 발명에 따른 마그네트론의 사시도,
도 25는 본 발명에 따른 마이크로파 방전 램프의 제6 실시예에 대한 분해 사시도이다.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 따른 광파이프에 대하여 상세히 설명하도록 한다. 도면의 동일한 참조부호는 동일한 기능을 갖는 동일한 부재를 나타낸다.
이하의 상세한 설명은 본 발명의 완전한 이해를 위한 특정 구조물, 인터페이스, 기술 등에 대한 특정례를 설명하기 위한 것이며 제한적으로 해석되어서는 안 된다. 그러나 당업자라면 본 명세서의 상세한 설명으로부터 벗어난 다른 예를 실시할 수 있는 것은 명백하다. 다시 말하면, 공지의 구조, 장치, 방법에 대한 상세한 설명은 본 발명이 불필요한 설명으로 인하여 불명료해지지 않도록 생략되었다.
통상의 마이크로파 방전 램프로부터 제공되는 빛은 등방성(isotropic)이다. 즉, 여기된 플라즈마는 모든 방향으로 빛을 방출한다. 그러나 많은 광원을 위한 적용에 있어 빛은 방향성을 갖는 것이 바람직하다. 예를 들어, 앞서 설명한 Light Drive(R)1000의 경우에 빛은 광원으로부터의 빛을 일정 거리(예를 들어 약 20m)까지 상대적으로 균일하게 분포시키는 중공 광도관(light conduit) 또는 "광파이프(light pipe)"로 공급된다. 예를 들어, 광파이프의 일종은 '광학 광필름'(Optical Lighting Film, OLF)을 이용함으로써 상기 파이프로 들어온 빛이 일정 광선각도(예컨대, 전형적으로 26.5°이하의 반각(half angle) 내에서만 분포되게 할 수 있다. 다른 종류의 광파이프로는 유럽특허공개번호 EP 0 889 285호에 공개된 것이 있다. 이 광파이프는 반각이 4°내지 8°인 상대적으로 좁은 광선각도(beam angle)를 필요로 한다. 가장 바람직한 광파이프는 미국특허출원번호 제60/117,245호 및 이 미국출원에 대한 PCT 출원번호 PCT/US00/00494호에 설명이다. 이 가장 바람직한 광파이프는 저렴한 재료와 간단한 구성의 조합을 통하여 약 15°의 반각을 갖는 광선을 이용할 수 있는 효율적이고 균일한 광분포 시스템을 제공한다.
앞서 설명한 상기 Light Drive(R)1000에서, 여파기(4), 2색선별 미러(13) 및 외부 반사기(11)는 OLF 광파이프로 인하여 가능한 많은 빛을 원하는 26.5°의 반각 내로 향하도록 디자인되어 있다. 그러나 등방성 광원의 경우에는 효율적으로 빛을 집광하여 다시 방향 설정하는 것(redirect)이 어렵다. 구형으로부터 원판형으로 빛을 "펼치는 것"(unfolding)은 광원의 이텐듀(etendue)를 증가시키고 휘도를 감소시키게 되어, 원하는 광선 각도로 향할 수 있는 유용한 빛의 양을 감소시킨다. 이러한 문제는 2색선별 미러 및 외부 반사기 표면에서의 손실로 인하여 보다 심화된다. 이러한 램프에 대한 노출된(bare) 전구 출력은 일반적으로 약 135,000루멘(lumens)인 반면에, 필요한 광선 각도 내의 외부 반사기로부터 측정된 광출력은 약 63%의 집광 효율(collection efficiency)에 해당하는 약 85,000루멘 밖에 안 된다. 조사되어야할 공간으로의 실제 광출력은 광파이프 자체의 손실로 인하여 훨씬 낮다.
통상의 마이크로파 방전 램프의 다른 문제는 마이크로파 여파기(screen) 및 외부 반사기가 너무 빨리 분해되기 쉽다는 것이다. 상기 반사기는 고온 상황에 놓일 수 있고 반사기 표면이 산화되어 빛 전달 능력이 퇴화될 수 있는 환경적이 오염(특히 디젤 매연) 상황에 놓일 수 있다. 반사기의 전면은 ITO 코팅 커버 글래스(ITO coated cover glass) 등으로 밀봉될 수 있으나, 이러한 것은 비용상승 요인이 되고 광출력을 감소시킨다. 또한 상기 커버는 반사기 온도를 증가시켜 반사기의 반사성 코팅을 마모시킬 수 있다.
상대적으로 부서지기 쉬운 망(mesh)은 마이크로파 공동을 경계짓는 구조물의 본질적인 부분을 형성한다. 이와 같은 망은 쉽게 변형되므로 램프 작동 및/또는 효율에 있어 문제를 발생시킬 수 있다. 또한 전구로부터의 광출력의 유의미한 부분은 망에 의하여 차단된다. 이 빛의 많은 부분은 공동을 벗어나는 반면에 차단된 빛은 상기 망에 의하여 산란되어(scattered) 그 빛의 일부분만이 필요한 광선 각도 내에 있는 광파이프로 들어가게 된다.
도 3에 도시된 램프는 표준 Light Drive(R)1000 보다 상대적으로 더 방향성이 있는 출력을 제공할 지도 모른다. 도시된 램프는 개구부(21) 부분을 제외한 마이크로파 공동과 같은 공간에 덮인 반사성 코팅을 이용한다. 다시 말하면, 상기 반사성 공동의 내부 면적은 개구부 면적을 제외하고는 상기 마이크로파 공동의 내부 면적과 동일하다. 본 명세서에서 사용되는 "반사성 공동(reflective cavity)"이라는 단어는 상기 반사성 물질의 내부 표면에 의하여 경계지어진 내부 용적으로 정의된다.
상기 반사성 공동의 내면에서, 광자(photon)는 램프를 벗어나기 전에 수많은 반사를 겪게 될 것이다. 상기 반사 공동 내에서의 각 반사는 공동을 벗어나는 빛의 양을 감소시키는 손실과 관련된다. 상기 '091특허에 언급된 대로, 상기 전구 상에 세라믹 외피(jacket)를 직접 배치함으로써 반사 손실을 감소시킬 수 있다. 그러나 아주 가깝게 거리를 둔 외피는 제조하기 어렵고 석영 전구와 유사한 열팽창 계수를 갖는 물질의 선택은 제한적이다.
유전체가 충전된 공동(dielectric loaded cavity)
램프의 크기, 특히 램프의 구성요소중 가장 클 수 있는 공진공동의 크기는 제어 가능한 것이 바람직하다. 그러나 이러한 크기는 일반적으로 구동 주파수(예를 들어 마이크로파 또는 RF)에 의하여 결정되는데, 이는 상기 공동이 주어진 구동 주파수에 대하여 적절한 필드 모드(field modes)를 유지하도록 어느 정도 최소 크기이어야 하기 때문이다. 상기 구동 주파수는 일반적으로 정부 규제 또는 특정 분야에 대한 유용성에 의하여 제한되기 때문에, 무전극 램프의 공진공동은 적어도 일정 크기인 것이 필요하다.
무전극 램프 설계에 있어 또 다른 고려 사항은 전구에서 생성되는 대량의 열을 제어할 필요성이 있다는 것이다. 종래 기술의 몇몇 상황에서는 강제 공기 냉가 방식이 사용되어 왔다.
본 발명의 일특징에 따르면, 공기 보다 큰 유전상수를 갖는 유전성 물질이 공진 공동의 대부분을 채우는 데 사용된다. 이러한 특징은 공동 크기의 큰 감소를 가능케 하는 반면에 안정된 광출력을 제공한다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 상기 유전성 물질은 상대적으로 높은 반사성을 갖는 고체이고, 따라서 상기 공동으로부터 효율적으로 빛을 끌어내도록 하는 반사성 표면을 제공한다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 상기 유전성 물질은 램프의 개선된 열 제어 성능을 제공하는 상대적으로 좋은 히트 싱크(heat sink) 물질이다.
도 1 및 도 2는 마이크로파 공동(3)이 공기로 충진된 종래 무전극 램프의 일례를 도시하고 있다. 전구(9) 및 미러(13)는 모두 유전성 물질로 제조되고 상기 공동(3) 내에 위치하지만, 공동(3)의 공진모드를 실질적으로 변형시키지 않는다.
제1 실시예
본 발명의 제1 실시예는 도 4에 도시되어 있는데, 도 1에서와 동일 또는 유사한 구성요소는 서로 유사한 참조부호로 되어 있다. 도 4를 살펴보면, 여파기(4a, screen)는 고형부(5a, solid portion)와 망상부(7a, mesh portion)를 포함하고 있다. 그리고 유전성 물질(24)은 도파관(25) 상면과 전구(9a) 사이에 위치한다. 상기 유전성 물질(24)은 공기의 유전상수보다 큰 유전상수를 갖으며, 공진공동(3)의 대부분을 차지하고 있다. 상기 유전 상수는 적어도 2인 것이 바람직하고, 보다 바람직하기로는 상기 공동(3)의 유의미한 크기 감소를 위하여 4 이상인 것이 좋다.
도시된 실시예에서, 상기 마이크로파 공동(3)은 원통형이고, 전구(9a)는 공진공동(3) 내에 위치하여 상기 유전성 물질(24)에 의하여 지지된다. 상기 물질(24)은 전구(9a)와 도파관(25) 사이의 마이크로파 공동(3)의 대부분을 채우고 있다. 상기 공동(3)의 직경은 원하는 동일 공진모드를 유지하는 공기 충진 공동과 비교하여 훨씬 작다는 장점을 갖는다.
상기 유전성 물질은 고체 또는 액체이고, 유전상수가 4 이상인 것이 바람직하다. 상기 유전성 물질은 결합 수단과 전구 사이의 전체 공동 부분을 실질적으로 채우고 있는 것이 바람직하다.
도 4에 도시된 실시예에서, 상기 유전성 물질은 결합 수단과 전구 사이의 전체 부분을 채우고 있다. 본 실시예에서 상기 유전성 물질은 반구형 오목부(26, recess)를 갖는 유전성 블록(24)인데, 그 위에는 전구(9a)가 위치하고 있다. 상기 전구(9a)는 광투과성 접합제(cement)에 의하여 상기 유전성 블록에 고정될 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 이러한 특징에 따른 다른 장점은 전구로부터 보다 효율적인 광추출(light extraction)을 가능케 할 수 있다는 것이다. 본 발명과 관련하여, 유전성 물질(4)은 스펙트럼 중 원하는 대역에서 높은 광 반사율을 가지도록 선택될 수 있다. 예를 들어 원하는 스펙트럼 대역이 가시광 영역이라면, 상기 유전성 물질은 85% 이상, 바람직하게는 98% 이상인 반사율을 갖도록 선택될 수 있다.
열손실 관점에서, 무전극 램프는 작동시에 매우 뜨겁게 된다고 알려져 있으므로 때로는 강제 공기 냉각이 필요하다. 본 발명과 관련하여, 상기 유전성 물질을 좋은 열 흡수소재인 것으로 선택하여 좋은 히트 싱크 도구 및/또는 상기 전구로부터 열을 빼앗는 높은 열전도율 부재가 되도록 할 수 있다.
유전성 물질로 사용될 수 있는 고체 물질로 바람직한 것은 질화 붕소(boron nitride, BN)가 있다. 이 질화 붕소의 유전상수는 4.1이고 좋은 광반사율과 열전도 특성을 갖는다. 더구나 질화 붕소는 마이크로파 에너지를 대부분 투과시켜서 충전물로 전달되는 마이크로파를 유의미하게 방해하지 않는다.
제2 실시예
전구 주위의 온도 균등화 뿐만 아니라 안정된 광출력을 촉진하기 위하여 작동되는 동안 무전극 램프는 회전되는 것이 유리하다. 도 5에 도시된 제2 실시예는 전구(9b)가 스템(27, stem)에 의하여 지지된다는 것과, 유전성 물질(24b)이 상기 전구(9b)가 회전되도록 간극(間隙, clearance)을 갖고 상기 스템(27)을 수용하는 구멍(hole)을 갖는다는 것을 제외하고는 제1 실시예와 동일하다. 상기 스템(27)은 작동되는 동안 전구(9b)를 회전시키는 모터(28)와 연결되어 있다. 전구를 회전시키기 위한 대안적인 구조에는 도 5에 도시된 위치에서 90°로 상기 스템을 위치시키는 것을 포함하는데, 이 경우 홈(groove) 또는 측구(側溝, channel)가 상기 구멍(hole) 대신에 유전성 물질에 제공될 것이다. 또한 상기 스템은 공동의 축과 직교하지 않는 각도(예를 들어 축으로부터(off-axis) 30°내지 60°벗어난 각도)에 위치할 수 있는데, 이 경우 이와 같은 스템을 수용할 수 있도록 상기 물질(24b)을 관통하는 적절한 구멍이 제공될 것이다.
많은 무전극 램프들은 구동주파수가 2.45GHz가 되도록 디자인된다. 이 주파수에서, 전자기파를 이송시킬 수 있는 가장 작은 중공 원통형 파이프는 직경이 72mm이다. 이 크기는 또한 중공 공진공동의 가능한 가장 작은 직경이다. 도 5에 도시된 실시예에서, 마이크로파 공동에 BN을 배치함으로써 본 발명의 본 특징에 따른 마이크로파 방전 램프는 2.45 GHz에서 황(sulfur) 충전물에 대하여 안정된 작동을 제공하는 51mm의 직경인 공진공동을 이용한다. 본 발명의 본 특징은 RF 및 마이크로파 보다 큰 주파수와 같은 다른 주파수를 위한 공진공동을 갖는 무전극 램프에도 유리하게 사용될 수 있다.
반 사 기
본 발명의 다른 특징에 따르면, 간단한 구조를 갖는 반사기는 마이크로파 공동 내에 설치되어 공동 내에 전구를 포함하고 있고 반사성 공동을 벗어나는 빛의 량을 증가시키기에 적당하게 마이크로파 공동 내면적 보다 작은 내면적을 갖는 반사성 공동을 경계짓는다. 상기 마이크로파 공동과 대비하여 상기 반사성 공동의 내면적을 감소시킴으로써, 상기 반사성 공동 내의 반사수(the number of reflections)와 이에 따른 손실은 감소되고, 이에 따라 시스템의 효율은 개선된다. 상기 반사기는 일반적으로 회전될 수도 있는 상기 전구로부터 분리되어 있고, 상기 반사기에 의하여 한정된 추출 포위체(extraction envelope)는 개구부를 전구로부터 상기 마이크로파 공동의 광 전달(transmissive) 말단까지 연장시킨다. 이러한 타입의 내주 반사기를 사용함으로써 개구부 부분을 제외한 광투과성(transparent) 마이크로파 여파기(screen) 및 초점에 전구를 갖는 외부 반사기가 필요없게 된다. 투과성 여파기는 상기 마이크로파 공동 상부에 여전히 사용되고 있으나, 그 위치는 상기 전구의 열부하(thermal load)로부터 상대적으로 멀리 있고, 하기와 같이 적절한 수단이 상기 여파기가 분해되지 않도록 사용될 수 있다.
본 발명에 따르면, 반사기는 예를 들어 상기 마이크로파 공동 내에서 이 공동의 벽과 일정 간격 떨어진 상기 반사기의 적어도 일부분과 접하는 전구 둘레에 배치된다. 상기 전구는 코팅되지 않거나 일부(예를 들어 2π스테라디안(steradian) 이하)만 코팅됨으로써, 제조상의 복잡성을 감소시키는 것이 바람직하다. 상기 반사기는 비전도(non-conductive) 고반사성(highly reflective) 물질로 만들어지는 것이 바람직하다. 또한 상기 반사기 재료는 마이크로파 손실을 낮춰서 상기 재료가 마이크로파 에너지가 충전물에 결합될 때 미치는 영향을 최소화시키는 것이 보다 바람직하다. 적절한 반사기 재료의 예를 들면 실리카 및 알루미나 또는 이들의 조합을 포함한다.
제3 실시예
도 6은 본 발명에 따른 마이크로파 방전 램프의 제3 실시예에 대한 분해 횡단면도로서, 마그네트론, 도파관, 전원(이상 미도시 됨)은 예를 들어 앞서 언급한 Light Drive(R)1000에 사용되는 것과 같은 통상의 것이다. 전구(29)는 마이크로파 공동(31) 내에 위치한다. 상기 마이크로파 공동(31)은 결합 슬롯 위의 도파관 하우징(미도시 됨)에 설치된 일단이 개방되어 있고 개구부(37)를 제외한 타단(35)이 폐쇄된 원통형 금속 튜브(33)에 의하여 경계지어 진다. 여파기 또는 망(39)은 상기 개구부(37)를 덮고 있어 마이크로파 공동(31) 내에 마이크로파 에너지를 머물게 하는 반면에 빛은 공동을 빠져나가도록 한다. 반사기(41)는 상기 전구(29) 둘레에 배치되어 상기 개구부(37) 영역 외에 마이크로파 공동(31) 벽과 일정 거리를 두고 있다.
상기 금속 튜브(33)는 원하는 마이크로파 공진모드를 제공하는 길이와 직경을 갖는다. 예를 들어, 약 125mm(5 인치)의 길이와 약 75mm(3인치)의 내경을 갖는 튜브는 상기 반사기(41)로부터의 유전 부하(dielectric loading)가 튜브 크기에 작은 변화를 일으킬 수도 있지만 바람직한 TE111공진모드를 제공한다. 본 발명에 따르면, 상기 금속 튜브(33) 및 폐쇄된 타단은 구조적으로 확고하여 높은 변형 저항성을 갖는 것이 유리하다. 상기 금속 튜브(33)의 벽은 냉각을 촉진하기 위하여 상대적으로 두터울 수 있다. 상기 금속 튜브(33) 및 폐쇄된 타단(35)은 일체형으로 타출(打出, stamp)되거나 주조될 수 있다. 대안적으로 상기 폐쇄 타단(35)은 상기 금속 튜브(33)에 용접과 같은 통상의 수단에 의하여 접착된 것일 수 있다.
통상의 마이크로파 방전 램프와 비교하여 본 발명의 램프는 효과적인 열가공(thermo-mechanical) 패키지에 보다 용이하게 적용할 수 있는 전자기 및 광학 디자인을 제공한다. 예를 들어, 상기 Light Drive(R)1000의 망상 여파기(mesh screen)는 구동상태에서 약 600℃ 정도의 국부(local) 온도까지 상승될 수 있다. 상기 금속 튜브(33)는 200℃이하, 일반적으로는 약 150℃의 온도로 작동되는 동안 상기 전구로부터의 열부하(thermal load)를 전도할 수 있다.
상기 망(39)은 개구부를 벗어나는 빛의 작은 부분만을 차단하는 상대적으로 저밀도의 미세 철사 표준치수(gauge) 망이다. 마이크로파장은 마이크로파 공동의 말단에서 낮기 때문에, 상기 망(39)의 밀도는 예를 들어 도 1 및 도 2에 도시된 공동의 원통형 벽을 따라 사용된 망(7)과 비하여 보다 낮을 수 있다. 필요할 경우, 상기 망(39)은 PCT 공개번호 WO 98/56213호에 기술된 고온 상황에서 여파기의 분해를 방지하는데 효과적인 보호코팅을 구비할 수 있다.
상기 반사기(41)는 일단이 개방되어 있고 상기 전구 스템을 위한 선택적인 구멍을 제외하고는 타단(43)이 폐쇄된 원통형 세라믹 튜브일 수 있다. 전구가 회전되는 것이 필요 없거나 이익이 없는 램프 시스템에서 상기 폐쇄된 타단(43)은 완전히 밀봉되고, 상기 반사기(41)가 마이크로파 공동(31) 내의 원하는 위치에서 전구(29)를 지지하도록 개조된다. 상기 반사기(41)의 외경은 상기 개구부(37)의 내경과 일치한다. 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 반사기(41)의 원통형 벽은 상기 전구(29)와 밀접하고 거리를 두고 있는 반면에 상기 폐쇄된 타단(43)은 상기 전구(29)와 밀접하고 거리를 두고 있지 않다. 도 6으로부터 명백히 알 수 있는 것은, 상기 반사기(41)에 의하여 한정되는 상기 반사성 공동(45)의 내면적이 상기 마이크로파 공동(31)의 내면적 보다 훨씬 작다는 것이다.
상기 반사기(41)는 예를 들어 각각 본 명세서에 혼입된 상기 '091특허 또는 PCT 공개번호 WO 99/36940에 기술된 바와 같이 제조된다. 상기 반사기 재료는 알루미나 또는 실시카 또는 이들의 조합일 수 있다. 예를 들어 상기 반사기(41)는 90%의 알루미나 및 원하는 유공성(有孔性, porosity)을 갖는 10%의 실리카 비율을 갖는 알루미나/실리카 혼합물로 제조될 수 있다. 상기 반사기(41)는 주형에서 가공될 수 있고, 공지된 세라믹 기술로 대량 생산될 수 있다. 알루미나 반사기는 높은 반사성(약 98% 이상)을 갖으며 심지어 1000℃ 이상의 온도에서도 이러한 높은 반사율을 유지한다.
대안적으로 상기 반사기(41)는 확산(diffuse) 및 거울(specular) 반사성 물질의 혼합물일 수 있다. 예를 들어 500nm의 알루미나 코팅에 의하여 보호되는 얇은(예: 약 100nm) 은 또는 알루미늄 코팅이 상기 개구부(37) 부근 반사기의 2, 3cm 부분을 덮고 있을 수 있다. 이와 같은 상기 마이크로파 공동(31) 말단 및 상기 금속의 아주 얇은(skin depth) 두께 부분에서의 낮은 마이크로파 파장들의 조합은 상기 거울반사 물질이 거의 마이크로파 에너지를 흡수하지 않도록 한다. 상기 전구로부터의 거리는 상기 물질이 전구로부터 발생하는 열을 견디도록 한다.
도 7은 상기 제3 실시예에 대한 첫 번째 대안적인 반사기 구성에 대한 분해 횡단면도로서, 반사기(51)는 반사기(51)의 폐쇄된 타단(53)이 전구와 밀접하게 거리를 두고 있다는 점을 제외하고는 도 6에 도시된 반사기(41)와 유사하다. 도 6의 반사기(41)와 비교하여, 도 7의 반사기(51)는 반사기(51)에 의하여 경계지어진 반사성 공동(55)의 내면적이 더 감소되어 있어 반사 손실이 더 감소되도록 되어 있다.
또한 도 7에 도시된 방전 램프는 개구부(37) 및 망(39) 상부에 배치된 광투과성 덮개(57)를 포함하고 있다. 예를 들어 이와 같은 덮개(57)는 용융 석영(fused quartz) 원판 또는 평판일 수 있다. 상기 덮개(57)는 상기 망(39)을 통하여 마이크로파 공동(31)으로 들어올 수 있는 먼지 또는 다른 오염물의 양을 감소시킨다. 대안적으로 상기 망(39)은 상기 덮개(57)에 파묻힌 것일 수 있다.
도 8은 상기 제3 실시예의 두 번째 대안적인 반사게에 대한 분해 횡단면도로서, 반사기(61)는 이 반사기(61)의 폐쇄된 타단(63)이 반구형이고 전구(29)로부터 밀접하게 떨어져 있다는 것을 제외하고는 도 7에 도시된 반사기(51)와 유사하다.도 7에 도시된 반사기(51)와 비교하여, 도 8의 반사기(61)는 이 반사기(61)에 의하여 한정되는 반사성 공동(65)의 내면적이 더 감소되어 있어 반사 손실이 더 줄어든다. 도 8의 램프는 여파기 또는 망(개괄적으로 도시됨)이 파묻힌 광투과성 덮개(67)를 포함하고 있다.
도 9는 상기 제3 실시예에 대한 세 번째 대안적인 반사기 구성을 나타내는 분해 횡단면도로서, 반사기(71)는 상대적으로 두꺼운 폐쇄 타단(73)을 갖고 외형적으로 점감(漸減, tapered)하는 측벽(75)을 갖는다. 앞서 언급한 바와 같이, 마이크로파 공동 내 유전성 물질의 상당량은 상기 공동에 의하여 유지되는 공진모드를 변화시킬 수 있다. 따라서 상기 공동의 높이 및/또는 직경은 원하는 마이크로파 공진 모드를 유지하도록 감소될 수 있다. 전구(19a)는 개구부(37)에 상대적으로 가깝게 위치하고 있어 반사성 공동 내면적을 감소시키고 반사 손실을 감소시킨다. 도 9에서, 전구 스템은 제거되어 있고, 상기 전구(19a)는 회전되지 않는다. 상기 반사기(71)의 크기 및 형상은 열 제어 목적을 위하여 상기 반사기(71)의 열전도성을 개선할 수 있도록 활용되므로 유리하다. 선택적인 거울 반사성 박막 코팅(77)은 상기 반사기(71)의 말단 2, 3cm를 덮고 있다. 물론 이러한 특징 및 장점은 회전되는 전구를 갖는 램프에도 적용할 수 있다.
도 10은 제3 실시예에 대한 네 번째 대안적인 반사기 구성을 나타내는 분해 횡단면도로서, 반사기(81)는 간단한 구조인 양단 개방 원통형 세라믹 튜브를 갖는다. 전구(19b)는 빛이 반사기(81)로 향한 후 개구부(37)를 통과하도록 개구부(37)의 반대편 전구 면 중 2π스테라디안을 덮는 반사성 코팅을 갖는다. 예를 들어 상기 반사성 코팅은 적어도 자외선 및 가시광 대역 전체에서 높은 반사성을 갖는 2색선별(dichroic) 코팅을 포함할 수 있다. 대안적으로 상기 전구(19b)는 본 명세서에 혼입된 PCT 공개번호 WO98/53475호에 기술된 바와 같이 반사성 세라믹 부분과 광투과성 부분을 갖는 혼성(composite) 전구를 포함할 수 있다.
상기 제3 실시예의 대안적인 구성들 각각에서 개구부로부터의 절대 광방출량은 무(無)개구부(non-aperture) 시스템에 의하여 생성된 절대 광방출량 보다 적을 수 있다. 그러나 효율적으로 집광되어 조명시스템에서 사용될 수 있는 유용한 빛의 양은 증가될 것으로 예상된다.
이상의 설명과 데이터로부터 명백하듯이, 본 발명에 따른 마이크로파 방전 램프는 통상의 등방성(isotropic) 광원 보다 더 지향성인(directional) 광방출을 갖는다. 빛은 보다 좁은 광선 각도 내에 있기 때문에, 빛은 점감된 광파이프, 복합 파라몰릭 집광기(compound parabolic collector), 볼렌즈(ball lens), 및 다른 반사기 또는 렌즈들과 같은 광학성분으로 연결된다. 이러한 광학 시스템 중 어느 것에 대하여도 본 발명에 따른 램프는 종래의 등방성 광원으로부터 얻어질 수 있는 것 보다 좋은 집광 효율을 보일 것으로 기대된다.
제4 실시예
도 11은 본 발명에 따른 마이크로파 방전 램프의 제4 실시예에 대한 사시도이고, 도 12는 제4 실시예에 따른 램프의 개략도이고, 도13은 제4 실시예에 따른 램프의 개략적인 부분 횡단면이다.
도 11 내지 도 13은 참조하면, 마그네트론(131)은 도파관(133)에 마이크로파 에너지를 제공한다. 상기 도파관(133)은 86mm ×43mm(3.4˝×1.7˝)인 표준 도파관 크기이며 길이는 정동조 공정(straightforward tuning process)에 의하여 결정된다. 상기 도파관(133)은 이 도파관의 원하는 전체 길이를 제공하도록 하는 두께를 갖는 스페이서(133a)를 포함하고 있다. 상기 에너지는 결합 슬롯(137)을 통하여 마이크로파 공동(135)으로 향한다. 전구(139)는 상기 공동(135) 내에 배치되어 있다. 상기 전구(139)는 모터(143)와 연결된 스템(141) 상에서 지지된다. 상기 전구 스템(141)은 상기 결합 슬롯(137) 및 도파관(133) 내의 다른 구멍(138)을 관통하고 있다. 상기 구멍(138)은 상기 스템(141) 보다 조금 크며 마그네트론 주파수가 누설되지 않도록 되어 있다. 마찰 저하 부싱 또는 밀봉된 볼 베어링(미도시 됨)이 상기 스템(141) 상에 배치되어 상기 구멍(138)을 통하여 상기 도파관(133)으로 먼지 또는 다른 오염물이 유입되는 것을 방지할 수 있다. 팬(145)은 공기덕트(146)를 통하여 상기 마그네트론으로 냉각공기를 공급한다.
대안적으로 상기 전구 스템은 상기 결합 슬롯과는 다른 구멍을 관통하여 상기 마이크로파 공동으로 뻗어 있을 수 있다. 이와 같은 수많은 대안적인 배치는 당업자에게 공지되어 있다. 상기 전구 스템 및 모터에 대한 바람직한 대안적인 배치는 앞서 언급한 LightDrive(R)1000에 사용된 것일 수 있는데, 여기서 마이크로파 내부로 분리된 구멍이 상기 결합 슬롯에 인접되게 형성되어 있고 전구 스템은 도파관 외측면에 배치되어 있다.
상기 마이크로파 공동(135)은 상기 결합 슬롯(137)을 한정하는 도파관의 전도성 표면과 그 일단에서 접경하고 있고, 타단에서 여파기 또는 망(147)과 접경하고 있는 원통형 튜브(135a)에 의하여 경계지어 진다. 상기 튜브(135a)는 상기 도파관 하우징의 상면 위에 있는 결합(mating) 플랜지(49)에 삽입되어 클램프(151a)에 의하여 고정된다. 상기 망(147)은 클램프(151b)에 의하여 상기 튜브(135a)에 고정된다. 상기 망(147)은 빛을 투과시키는 반면에 마이크로파 에너지는 투과시키지 않는다. 상기 튜브(135a) 및 그 경계면은 램프가 구동되는 동안 마이크로파 공진모드를 유지하도록 디자인 된 마이크로파 공동을 경계짓는다. 예를 들어 상기 튜브(135a)는 앞서 언급한 TE111공진모드를 가능토록 하는 치수인 것이 바람직하다.
도 13에 도시된 바와 같이, 반사기(153)는 일반적으로 그 외경이 상기 마이크로파 공동(135)의 내경과 거의 같은 원통형상이다. 상기 반사기(153)는 전구 스템(141)을 수용하기 위한 구멍을 제외하고 일단(155)이 폐쇄되어 있고 타단(157)이 개방되어 있다. 상기 반사기(153)의 개방된 타단(157)은 상기 마이크로파 공동(135)을 벗어나는 빛이 통과되는 개구부를 경계짓는다.
상기 제4 실시예에서, 상기 반사기(153)의 개방된 타단(157)은 상기 튜브(135a)의 말단과 일직선을 이루며, 그 폐쇄된 일단(155)은 상기 튜브(135a)의 말단과 일정 거리를 두고 상기 전구(139)와 밀접한 거리를 두고 있다. 상기 전구(139)에 가까운 폐쇄 일단(155)을 제거함으로써 상기 반사성 공동의 내면적은감소된다. 도 13으로부터 명백하듯이, 상기 반사성 공동의 내면적은 상기 개구부(157) 면적을 배제한 마이크로파 공동(135)의 내면적 보다 훨씬 작다.
놀랍게도, 휘도는 주로 출력 개구부의 크기에 의존하고 상기 전구로부터 밀접한 거리에 있는 반사성 물질을 필요로 하지 않는다. 상기 반사성 공동을 메워진(choked) 하방 개구부를 갖는 반사성 세라믹 원판으로 덮음으로써, 도 6 내지 도 10과 관련된 실시예들에서와 유사한 휘도를 도 13에 도시된 실시예에서도 얻을 수 있다. 그러나 본 실시예의 구조는 도 6 내지 도 10에 도시된 개구부 구조들과 비교하여 보다 간단하고 보다 열제어 특성이 좋다. 그러므로 원하는 휘도를 간직하면서도 제조비용은 획기적으로 절감된다.
상기 반사기(153)에 적합한 재료로는 미국 뉴욕의 브룩클린(Brooklyn, NY, USA)에 소재한 코트로닉스社(Cotronics Corporation)에서 구입할 수 있는 부품번호 300A(세라믹 페이퍼(paper))인 알루미나 펠트(felt)가 있다. 상기 알루미나 펠트은 본질적으로 알루미나(Al2O3)로 된 섬유(fibers)와 이 섬유를 천과 같은 재료로 결합시키는 바이더(binder)로 구성된다. 상기 반사기(153)는 다음과 같이 제조된다. 즉 상기 전구 스템이 관통하는 구멍을 갖는 원판형 펠트 재료 조각을 유사한 크기의 석영 원판에 접합시켜 상기 전구 후면에 위치시킨 후, 폐쇄된 말단(155)을 형성시킨다. 상기 펠트 원판의 직경은 상기 마이크로파 공동의 원통 벽에 안착될 수 있는 크기이다. 상기 마이크로파 공동의 내부 원주에 해당하는 폭과 길이를 갖는 상기 펠트 조각은 상기 반사기의 원통형 벽을 형성하도록 밀착되어(curled) 상기 마이크로파 공동 내측에 놓여진다. 상기 반사기(153)에 사용되는 펠트는 측정 반사율이 약 92%인 약 1/8인치의 두께를 갖는다. 약 900℃ 이상으로 가열되면, 상기 바인더는 훨씬 덜 탄력적(flexible)이고 스스로 원형상을 유지하고 있는(self-supporting) 매우 순수한 알루미나만이 남고 연소된다. 하기와 같이, 상기 반사기 재료는 훨씬 큰 반사율을 갖는 것이 바람직하다.
도 14는 상기 제4 실시예에 대한 첫 번째 대안적인 반사기의 구성을 나타내는 개략적인 횡단면도로서, 반사기(161)는 주형 압착된 세라믹 컵으로 앞서 도 6 내지 도 10과 관련하여 상술한 바와 같이 가공된다. 상기 반사기(161)는 측정 반사율이 약 98%인 딱딱하고(rigid) 스스로 지지되는(self-supporting) 구조이다. 상기 반사기(161)는 예를 들어 튜브(135a)의 구멍들을 관통하도록 연장된 하나 이상의 석영봉들(163, quartz rods)에 의하여 지지된다. 상기 석영봉들(163)의 양단은 고정을 위하여 절곡되어 있다. 상기 반사기(161)의 외경은 마이크로파 공동(135)의 내경 보다 약간 작아서 반사기(161)가 상기 공동(135) 내로 쉽게 삽입되도록 되어 있다. 상기 반사기(161)의 개방된 말단은 상기 공동의 광전달 말단 부근까지 연장되어 있다. 석영 원판(165)은 상기 공동(135)의 광전달 말단 내로 압착 고정되어 상기 반사기(161)의 개방된 말단에 의하여 제공되는 어깨턱(167, shoulder)까지 뻗어 있다. 상기 원판(165)은 상기 공동(135)으로부터의 먼지 및 다른 오염물을 효과적으로 차단한다. 상기 망(147)은 상기 석영 원판(165)을 덮고 있다.
도 13에 도시된 실시예에 비하여, 상기 반사기(161)는 보다 반사를 잘하여보다 효율적인 광출력을 제공한다. 또한 상기 반사기(161)의 세라믹 물질은 상기 알루미나 펠트 보다 높은 열전도성을 가지므로 상기 공동이 내면은 보다 차갑다. 상기 램프의 구동 범위 전체에 걸쳐 좋은 열접촉(thermal contact)을 제공하기 위하여, 상기 반사기(161)는 상기 튜브(135a)의 내경과 거의 같은 외경을 갖는 구조일 수 있고, 상기 튜브(135a)의 최대 작동 온도 보다 높은 온도에서 상기 튜브(135a)로 미끄러지면서 밀착된다(slip fit). 냉각될 때, 상기 어셈블리는 좋은 열접촉을 갖는 우수한 적합성(snug fit)을 보인다. 시험적인 열순환 테스트에서 상기 어셈블리는 매우 낮은 온도에서조차 기계적으로 안전할 정도로 튼튼하다.
도 15는 제4 실시예에 대한 두 번째 대안적인 반사기 구성을 나타내는 개략적인 횡단면도로서, 반사기(171)는 이 반사기(171)의 폐쇄된 말단이 전구(139)와 밀접한 거리를 두고 있다는 점을 제외하고는 도 14에 도시된 반사기(161)와 유사한 구조를 갖는다. 또한 도 15의 구성에서 망(147) 및 석영 원판(165A)의 위치는 서로 바뀌어 있다.
도 16은 제4 실시예에 대한 세 번째 대안적인 반사기의 구성을 나타내는 개략적인 횡단면도로서, 덮개 원판(180)은 이 원판(180)의 양 측면에 매립된 두 개의 전도성 망(182,184)을 포함하고 있다. 상기 튜브(135a) 및 원판(180)은 상기 전구(139) 둘레에 기계적이고 전자기적인 밀봉(seal)을 형성한다. 예비 테스트에서 현저한 유전체(예: 석영) 층에 의하여 분리된 상기 두 개의 연속된 여파기는 상기 램프로부터 발생되는 EMI를 다른 차폐(shielding)가 필요 없을 정도로 현저하게 차단한다. 상기 원판(180)으로부터의 빛을 조정(manipulate)하는데 사용되는 추가적인 광학 요소들은 램프에 필요한 열 및 전자기 차폐와 독립적이므로 유리하다. 마이크로파 공동 및 개구부의 특정 크기는 망 크기(즉, 망을 이루는 철사 사이의 간격), 망 컨덕턴스(conductance), 및 망을 통한 마이크로파 누설에 따라 정해질 수 있다. 본 발명의 본 특정에 따르면, 상기 망은 통상의 마이크로파 방번 램프에서처럼 기계적으로 스스로 지지될(self-supporting) 필요는 없다. 대신에, 상기 망(182,184)은 상기 원판(180)의 양측에 침착된(deposited) 고도로 미세한 표준치수(gauge)의 전도성 재료일 수 있다. 예를 들어, 상기 망들은 석판기술(lithographic techniques)을 이용하여 원판 상에 스크린 인쇄 또는 광학 패턴화(patterned) 될 수 있다. 대안적으로 거시적인(macroscopic) 망이 유리 용융물(frit)에 파묻힐 수 있다. 상기 덮개 원판(180)은 통상 마이크로파 공동 망 여파기 보다 더 낮은 광손실 단점을 갖는 고도의 EMI 차폐성능을 제공하므로 유리하다.
필요하다면, 상기 원판(180)은 원하는 파장, 평광 및 기타 특징을 갖는 빛을 선택적으로 통과시키는 2색선별 코팅일 수 있다. '091특허에 기술된 바와 같이, 빛 중 원하지 않는 성분은 흡수 및 재방사(re-emission)를 위하여 충전물로 회귀될 수 있고, 따라서 원하지 않는 빛의 순환 및 시스템 효율 개선을 얻을 수 있다. 또한 상기 원판(180)은 개구부를 벗어나는 빛을 조정하기 위하여 렌즈 또는 기타 광학부재를 포함하는 것이 유리할 수 있다. 예를 들어, 석영으로 만들어진 플라노-컨벡스(plano-convex) 렌즈를 통하여 마이크로파 공동 말단에 존재하는 온도 조작이 가능하고 이러한 렌즈에는 앞서 설명한 바와 같이 두 전도성 망들(182,184)이포함될 수 있다.
상기 반사기들(161,171)의 전구와 가장 가까운 말단의 중앙 영역(즉 전구 스템 주위)에는 고열점(hot spot)이 발생될 수 있다. 본 발명의 본 특징에 따르면, 상기 반사기(181)의 폐쇄된 말단(183)은 이 말단(183)의 중앙 부근에서 축방향 및 방사상 방향 열흐름(heat flow)을 개선하기 위하여 원통형 벽 부분 보다 두껍게 제조된다. 필요하다면, 상기 폐쇄된 말단(183)은 연장되어 상기 공동의 바닥과 접촉할 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이, 상기 공동 내 유전성 물질의 상당량은 상기 공동 치수의 적절한 조절을 필요로 할 수 있다.
도 17은 상기 제4 실시예에 대한 네 번째 대안적인 반사기 구성에 대한 개략적인 횡단면도로서, 반사기(191)는 도 14에 도시된 반사기(161)와 유사하나, 도 14의 반사기(161)가 제2 유전성 물질(193)로 된 환대(環帶, annulus)에 의하여 지지된다는 것이 다르다. 상기 제2 물질(193)은 열 전달 전도에 도움이 된다. 상기 제2 물질(193)은 상기 반사기(191)에 사용된 물질과 동일할 필요가 없고 광학 특정에 무관하게 선택될 수 있으므로 유리하다. 예를 들어, 반사기(191)는 고 반사율을 갖는 알루미나를 포함할 수 있고, 상기 제2 물질(193)은 질화붕소(boron nitride)를 포함할 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이, 공동 내 유전성 물질의 상당량은 공동 치수의 적절한 조절을 필요로 할 수 있다.
도 18은 빛 강도(light intensity) 대 측정각에 대한 극 그래프(polar graph)로서, 이 측정에 사용된 램프 구성은 도 14에 도시된 램프 구성과 가장 밀접한 것이다. 전구는 외경이 약 35mm이고 내경이 약 33mm인 구형 전구이다. 상기전구는 황 26mg, 아르곤 50Torr 및 소량의 Kr85로 충진되어 있다. 반사성 공동의 내경은 약 69mm이다. 물론 본 발명은 이러한 특정 실시예에 의하여 제한되지 않고, 유용한 광출력을 제공하는 어떠한 전구 및 충전물의 조합도 적절한 구조의 마이크로파 공동 및 반사성 공동에 사용될 수 있다. 대표적인 대안 충전물들에는 셀레늄(selenium), 텔루륨(tellurium), 할로겐화 인듐(indium halide)를 포함하는 할로겐화 금속, 그리고 수은을 기본으로 한 충전물들이 있다.
람베르시안 인수(Lambertian factor)는 다음 식으로 결정된다:
여기서 E0= E(θ= 0)는 공동의 종축에 수직인 평면에서 측정된 조도 (illuminance)이다.
상기 램프 구성에서, 람베르시안 인수는 약 0.79 내지 0.81 사이이다. 람베르시안 인수는 일반적으로 컵 직경이 작을수록 작고 컵 직경이 클수록 크다. 일반적으로 직경이 증가함에 따라 휘도는 감소한다. 그러나 컵이 너무 작다면, 전구는 과열되거나 빛이 전구 하면 및 컵 바닥면에 붙잡히게 되어(trapped) 또한 휘도를 감소시키게 된다. 람베르시안 인수는 1 미만인 것이 바람직한데, 이러한 수치는 일반적으로 공동의 종축으로 작은 각도를 이루면 방사되는 빛이 람베르시안 광원(Lambertian source)과 비교하여 더 많다는 것이다.
개구부로부터의 광출력은 고휘도의 2차원 원판형 출력이다. 적절한 외부 반사기 또는 기타 광학 부재와 조합될 경우, 고지향성(highly directional) 출력(즉 좁은 광선)이 생성될 수 있다. 이와 같은 고휘도 평면 출력은 구동 광파이프 또는 광파이버 다발(fiber optic bundles)에 아주 적합하다. 고지향성 광선은 특히 상술한 '245 출원에 설명된 얕은 각도 또는 "섬광(glint)" 반사를 이용한 장거리 전달시에 유용하다.
도 19는 통상의 마이크로파 방전 램프와 본 발명에 따른 마이크로파 방전 개구부 램프의 스펙트럼 분포를 비교한 그래프로서, 상기 통상의 램프는 상관 색온도(correlated color temperature, CCT)를 제공하기 위하여 상대적으로 고충전 밀도를 갖는 황 전구를 이용한 것으로, 이 종래 램프의 CCT는 본 발명의 램프에 의하여 생성된 CCT와 본질적으로 동일하다. 도 19로부터 명백하듯이, 본 발명에 따른 램프에 의하여 생성된 스펙트럼은 통상의 램프와 비교하여 비록 색온도는 대략 동일하지만 청색 내지 적색 대역, 특히 청색대역에서 보다 넓은 스펙트럼이다.
밀봉된 시스템(Sealed System)
본 발명의 발명자들은 주위의 환경오염이 마이크로파 램프 작동 및 사용기간에 악영향을 미친다는 것을 관찰하였다. 가속된 사용기간 시험(accelerated life tests)의 실험 데이터는 실질적으로 비오염 작동 환경을 제공하는 밀봉된 시스템이 밀봉되지 않은 시스템과 비교하여 4, 5배의 사용가능 기간을 제공할 수 있다는 것을 보였다. 밀봉된 마이크로파 공동의 몇몇 예는 다음과 같다.
제5 실시예
도 20은 본 발명에 따른 마이크로파 방전 램프의 제5 실시예를 나타내는 개략적인 횡단면도이고, 도 21은 도 20의 점선 21부분에 대한 확대도로서, 나사부를 갖는 "둥근 항아리형(ball jar)" 광전달 덮개(201)는 마이크로파 방전 램프를 밀봉시키는데 사용된다. 원통형 금속 튜브(203)는 마이크로파 공동(205)을 경계짓는다. 상기 튜브(203)에는 주형 또는 기계로 상기 나사부를 갖는 커버(201)와 나합되도록 나사부(207)를 형성시킨다. 스스로 지지되는(self supporting) 반사기(211)에 의하여 둘러싸인 전구(209)는 상기 공동(205) 내에 배치되어 있다. 상기 튜브(203)에는 상기 나사부(207) 부분에 어깨턱(213)이 형성되어 있다. 석영 원판(215)은 어깨턱(213, shoulder)에 위치하여 전도성 여파기 또는 망(217)으로 덮여 있다. 상기 어깨턱(213)의 외경보다 조금 작은 외경을 갖는 오링(219)은 상기 여파기(217)와 덮개(201) 사이에 위치한다. 상기 오링(219)은 덮개(201)에 의하여 가압되어 상기 여파기(217)를 고정하며, 이 여파기(217)는 상기 석영원판(215)을 고정시킨다. 밀봉된 마이크로파 공동은 오염 가능성을 크게 감소시키고 또한 좋은 전자기 밀봉을 제공한다.
페일-세이프(fail-safe) 퓨즈(fuses) 및 무능화(disabling) 회로를 이용하는 자가소등(self-extinguishing) 램프는 예를 들어 본 명세서에 각각 혼입된 미국특허번호 제4,013,919호, 제4,361,782호, 제4,376,259호, 제4,752,718호에 설명되어 있다. 다른 자가소등 램프들은 당업자에게 공지되어 있고 제너럴일렉트릭社(General Electrics companmy)의 상품명 Saf-T-Gard(R)및 필립스社(Philips)의 상품명 Safety LifeguardTM를 상업적으로 구입할 수 있다. 통상적으로 이러한 타입의 페일-세이프 장치는 고강도 방전램프 외부 포위체(envelope)의 파손으로 인하여 유해한 자외선이 누설되는 것을 검출하기 위하여 사용되어 왔다.
마이크로파 방전램프들은 RF 간섭 및 마이크로파의 잠재적인 누설 최소화되도록 구성되는 것이 바람직하다. 상기 덮개(201)는 마이크로파 흡수 유리를 포함하고 있어 상기 램프에서 2차적인 RF 밀봉재 역할을 하는 것이 바람직하다(램프에서 1차적인 밀봉재는 여파기(217, screen)이다). 상기 덮개(201)는 또한 손상으로부터 상기 여파기(217) 및 원판(215)을 보호한다. 상기 덮개(201)와 원판(215) 사이의 내부 공간(221)은 산소를 비우고 비활성 가스로 충진될 수 있다. 본 발명에 따르면 페일-세이프 퓨즈(223)가 상기 공간(221)에 배치되어 전기적으로 적절한 회로와 연결되어 있어 상기 덮개(201) 또는 원판(215)에 구멍이 나거나 파손될 경우에 마이크로파 램프를 무능화시킨다(disabling). 예를 들어 상기 페일-세이프 퓨즈(223)는 앞서 언급한 자가소등 램프에 관한 특허들 및 상기 상용 램프들에 설명된 것들과 유사한 것일 수 있다. 상기 페일-세이프 퓨즈(223)는 상기 램프의 전원과 직렬로 연결되어 있어, 상기 퓨즈(223)가 전도되지 않을 때 램프를 무능화시킬 수 있다. 상기 퓨즈(223)는 이 퓨즈(223)의 상태를 탐색하고 이 퓨즈(223)의 상태가 상기 밀봉재가 파손되었음을 표시할 경우에 상기 램프를 폐쇄시키는 제어회로의 일부인 것이 바람직하다.
도 22는 상기 제5 실시예의 첫 번째 대안적인 구성을 나타내는 확대도로서, 원통형 금속 튜브(203a)에는 기계가공 또는 주조되어 나사부(207) 및 벽면부(207b)를 갖는 측구(207a, 側溝, channel)가 형성되어 있다. 석영 원판(215a)은 상기튜브(203a) 중 상기 측구(207a)의 벽면부(207a)와 접하도록 놓여지며, 또한 반사기(211)에 의하여 지지된다. 여파기(217a)는 상기 원판(215a)을 덮으며 오링(219)을 가압하는 상기 덮개(201)에 의하여 보호되는 측구(207a) 부분가지 연장되어 있다.
마그네트론 냉각
일반적으로 마이크로파 방전 램프는 마이크로파 에너지를 발생시키기 위하여 마그네트론을 사용한다. 마그네트론은 아마 램프 시스템에서 가장 사용기간인 짧은 구성요소일 것이다. 상기 마그네트론의 음극(anode)에서는 상당량의 열이 발생되므로 구동되는 동안 냉각되어야 한다. 만약 음극이 과열될 경우, 마그네트론의 사용기간은 현격하게 감소된다.
도 23은 통상의 마그네트론에 대한 사시도로서, 마그네트론(301)은 다수의 냉각핀(305)과 열접촉하는 음극(303)을 포함하고 있다. 구동되는 동안 공기는 상기 냉각핀을 지나면서 대류 타입의 냉각이 이루어지도록 한다. 개방 즉, 밀봉되지 않은 시스템에서 충분한 강제된 공기 대류 냉각은 쉽게 상기 음극이 적절한 작동 온도로 유지되도록 한다.
도 24는 본 발명에 따른 마그네트론에 대한 사시도로서, 마그네트론(311)은음극(313)으로부터의 열전달을 전도하도록 구성된 열전도 부재(315)와 열접촉하는 음극(313)을 포함하고 있다. 상기 열전도체(315)는 예를 들어 알류미늄 또는 구리로 만들어진다. 그 외에도 다른 열 전도 물질이 사용될 수 있고, 상기 열전도체(315)는 파묻힌 열파이프(heat pipes)와 조합되어 사용될 수 있다. 상기 열전도체(315)는 프레스 끼워맞춤(press fitting), 열수축(heat shrinking), 납땜(soldering), 브레이징(brazing), 또는 기타 통상적인 수단에 의하여 상기 음극에 부착된다.
밀봉된 시스템에 있어 대류 타입의 냉각에서 내부 공기 흐름이 불충분할 경우, 상기 열전도체는 자유 대류 및 방열(radiative heat) 전달 되도록 형성된 다른 히트싱크에 열적으로 연결되어 있는 것이 바람직하다. 상기 다른 히트싱크는 밀봉된 램프 시스템, 시스템 하우징, 또는 램프와 분리된 외부 히트싱크의 일부분일 수 있다. 몇몇 응용에서, 상기 램프를 위한 브래킷(bracket) 또는 다른 지지구조물은 효과적으로 밀봉된 램프 시스템을 위한 외부 히트싱크로 활용될 수 있다. 예를 들어 이와 같은 램프가 가로등과 같은 공공 전기 시설에 사용될 경우에, 상기 외부 히트싱크에는 음극으로부터의 열을 효과적으로 방산시키기(dissipate) 위한 지주(pole)에 속하는 금속 구조물을 포함될 수 있다. 강제 공기 냉각의 필요성을 감소시키는 것은 이러한 냉각을 위하여 사용되는 내부 팬의 크기 및/또는 속도를 제거 또는 감소시키게 되어 램프 작동시에 발생되는 소음을 감소시킴으로 유리하다.
또한 이와 같은 마그네트론의 전도 냉각은 또한 야외(outdoor) 구동, 가혹한환경이 필요한 곳이나 소음 또는 공기에 의하여 운반되는(airborne) 오염물들이 관심이 대상인 경우에도 적용될 수 있다.
제6 실시예
밀봉된 램프 시스템은 한정된 공간 내에서 열에너지를 발생시킨다. 이 열은 상기 시스템의 모든 구성요소가 견딜 수 있는 온도를 유지할 수 있도록 밀봉된 시스템의 외부로 이송되어야 한다. 특히 열에 민감한 구송요소들은 상기 램프 시스템의 열발생 부분으로부터 열적으로 분리되어 있는 것이 바람직하다. 이러한 성분들은 또한 적절한 자체적인 히트싱크를 수용할 수 있어야 한다.
본 발명에 따르면 램프 시스템은 외부 오염물들의 침투를 방지하며 자체 히트싱크를 구비한 밀봉된 서브시스템으로 분할되어 있다. 낮은 열전도 물질로 만들어진 열차단기(thermal break)들은 상기 서브시스템들을 구획하고 있다. 다른 하우징은 모든 상기 서브시스템들을 포함하고 있고 선택적으로 상기 밀봉된 서스시스템들의 외면으로 냉각 공기를 제공한다.
도 25는 본 발명에 따른 마이크로파 방전 램프의 제6 실시예에 대한 분해 사시도로서, 램프 시스템(401)은 열장벽(407, thermal barrier)에 의하여 분리된 제1 서브시스템(403) 및 제2 서브시스템(405)을 포함하고 있다. 상기 제1 서브시스템(403)은 마그네트론(403a), 도파관(403b) 및 전구를 포함하는 마이크로파 공동(403c)을 포함하며, 상기 제2 서브시스템(405)은 전원회로(405a), 모터(405b), 팬(405c)를 포함하고 있다. 상기 제1 서브시스템(403)은 제1 히트싱크(410)를, 상기 제2 서브시스템(405)은 제2 히트싱크(420)를 이용한다. 상기 열장벽(407)은 약 1.5 내지 2.5mm(0.06 - 0.1 인치) 두께의 스테인리스 스틸 판인 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 바람직한 밀봉 램프 시스템은 도 25에 도시된 시스템과 유사하다. 마그네트론, 도파관, 마이크로파 공동은 하우징 내에 배치되어 있다. 상기 하우징의 두 대향 측벽들은 도 25에 도시된 히트싱크(410)와 유사한 히트싱크 어셈블리를 포함하고 있는데, 다만 이 히트싱크가 마이크로파 공동을 넘어서 연장된 하우징의 전체 길이에 달한다는 것이 다르다. 마그네트론 음극 히트싱크의 양 측벽은 포위체(enclosure)의 히트싱크 벽들과 열접촉하고 있다. 또한 상기 마이크로파 공동에는 이 공동 벽으로부터 상기 포위체의 히트싱크 벽으로 열을 전도하기 위하여 분리된 히트싱크 또는 추출장치(extractor)가 구비되어 있다. 상기 포위체의 상방 벽은 마이크로 공동의 광 전달 말단을 따라 배열되어 밀접한 거리를 두고 있는 하나의 구멍을 경계짓는다. 외부 반사기를 위한 설치판은 상기 상방 벽의 외면상에 높여진다. 상기 포위체의 하방 벽은 열장벽 역할을 하는 약 6mm(1/4인치) 두께의 플렉시글래스(plexi-glass) 시트를 포함하고 있다.
분리된 포위체는 램프를 위한 전원 유닛 및 전구를 위한 모터를 수용한다. 이러한 바람직한 실시예에서, 상기 모터는 전구만을 회전시키고 분리된 전기 팬은 상기 분리된 전원 포위체 내에서 공기를 순환시킨다. 전원 보드는 도 25에 도시된 것처럼 히트싱크(420)에 설치되어 있다. 램프 포위체 및 전원 포위체는 기계적으로 서로 연결되어 있고, 이들 사이에서는 적절한 전기적 접속이 이루어진다. 다른포위체 또는 금속 시트로 만들어진 보호판(shroud)은 상기 두 어셈블리 둘레를 감싸고 있고, 밀봉된 램프 및 전원 유닛의 냉각을 개선하기 위하여 상기 보호판 내에 수용되어 풍화에 대하여 밀봉된(weather sealed) 외부 팬은 공기가 노출된 히트싱크 핀들 사이로 지나가도록 한다. 통상의 마이크로파 방전 램프 보다 필요한 강제 공기가 적으므로 거의 소음이 발생되지 않는다.
이상과 같은 실시예들과 관련하여 설명된 본 발명은 이 실시예들에 의하여 한정되어서는 안되며, 본 발명은 당업자에 이해 수많은 변형이 가능하다.

Claims (33)

  1. 마이크로파 에너지원;
    마이크로파 공동;
    상기 에너지원으로부터의 마이크로파 에너지를 상기 마이크로파 공동으로 전달하도록 구성되어 있는 결합구조물;
    상기 마이크로파 공동 내에 설치되어 있되, 상기 마이크로파 에너지에 의하여 여기될 때 빛을 방출하는 방전 형성 충전물을 포함하고 있는 전구; 및
    상기 전구와 일정 간격을 두고 마이크로파 공동 내에 설치되어 있되, 상기 전구 및 광방출 개구부를 포위하고 있으며, 상기 마이크로파 공동의 내면적 보다 상당히 작은 내면적을 갖는 반사성 공동을 경계짓는 반사기를 포함하고 있는 무전극 마이크로파 방전 램프.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 반사기의 적어도 일부분은 상기 마이크로파 공동의 벽으로부터 일정 간격이 떨어져 있는 것을 특징으로 하는 무전극 마이크로파 방전 램프.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 광방출 개구부를 경계짓는 반사기의 일부분은 상기 전구의 외면과 밀접하게 떨어진 위치로부터 상기 마이크로파 공동의 빛 전달 말단 부분까지 연장되어있는 것을 특징으로 하는 무전극 마이크로파 방전 램프.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 반사기의 내경은 상기 전구의 외경보다 조금 더 큰 것을 특징으로 하는 무전극 마이크로파 방전 램프.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 반사기는 양단이 개방되어 있는 반사성 물질로 된 중공원통을 포함하고 있고, 상기 전구는 이 중공 원통으로 빛을 반사시키도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 무전극 마이크로파 방전 램프.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 반사기는 일단이 개방되어 있고 타단이 실질적으로 폐쇄되어 있는 반사성 물질로 된 중공 원통을 포함하고 있되, 상기 개방된 일단은 광방출 개구부를 한정하고 있는 것을 특징으로 하는 무전극 마이크로파 방전 램프.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 전구는 스템에 부착되어 있되, 상기 실질적으로 폐쇄된 타단은 이 스템을 수용하기에 적합한 구멍을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 무전극 마이크로파 방전 램프.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 폐쇄된 타단은 상기 전구로부터 일정 간격 떨어져 있는 것을 특징으로 하는 무전극 마이크로파 방전 램프.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 상기 폐쇄된 타단은 상기 전구와 밀접하게 떨어져 있는 것을 특징으로 하는 무전극 마이크로파 방전 램프.
  10. 제 6 항에 있어서,
    상기 전구는 구형이고, 상기 폐쇄된 타단은 반구형으로 상기 전구와 밀접하게 떨어져 있는 것을 특징으로 하는 무전극 마이크로파 방전 램프.
  11. 제 6 항에 있어서,
    상기 폐쇄된 타단은 상기 전구로부터의 열전도를 촉진하기 위하여 상기 원통의 벽 보다 상대적으로 더 두꺼운 것을 특징으로 하는 무전극 마이크로파 방전 램프.
  12. 제 6 항에 있어서,
    상기 반사기는 비전도 고반사성 물질로 만들어지는 것을 특징으로 하는 무전극 마이크로파 방전 램프.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 비전도 고반사성 물질에는 실시카, 알루미나 또는 이들의 혼합물이 포함되는 것을 특징으로 하는 무전극 마이크로파 방전 램프.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 마이크로파 공동은 일단이 개방되어 있고 개구부를 제외한 타단이 폐쇄된 딱딱한 벽을 갖는 중공 금속 원통에 의하여 경계지어 지되, 상기 반사기의 외경은 상기 마이크로파 공동 개구부의 직경과 거의 일치하도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 무전극 마이크로파 방전 램프.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 마이크로파 공동은 양단이 개방된 딱딱한 벽을 갖는 중공 금속 원통에 의하여 경계지어 지고, 상기 반사기는 일단이 개방되어 있고 실질적으로 타단이 폐쇄된 반사성 물질로 된 중공 원통을 포함하고 있되, 상기 반사성 원통의 개방된 일단은 광방출 개구부를 한정하고 반사성 원통의 외경은 상기 금속 원통의 내경과 거의 일치하는 것을 특징으로 하는 무전극 마이크로파 방전 램프.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 마이크로파 공동을 경계짓는 상기 금속 원통은 구조적으로 견고하여 변형에 저항하는 것을 특징으로 하는 무전극 마이크로파 방전 램프.
  17. 제 15 항에 있어서,
    상기 반사기의 폐쇄된 타단은 분리된 반사성 원판을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 무전극 마이크로파 방전 램프.
  18. 제 15 항에 있어서,
    상기 반사성 원통의 폐쇄된 타단은 상기 마이크로파 공동으로부터 일정 간격 떨어져 있는 것을 특징으로 하는 무전극 마이크로파 방전 램프.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 반사성 공동의 폐쇄된 타단은 상기 전구와 밀접하게 떨어져 있는 것을 특징으로 하는 무전극 마이크로파 방전 램프.
  20. 제 1 항에 있어서,
    상기 마이크로파 공동은 외부 오염으로부터 실질적으로 밀봉되어 있는 것을 특징으로 하는 무전극 마이크로파 방전 램프.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 마이크로파 공동은 광 방출 개구부 부분에서 석영판에 의하여 덮인 개방된 일단을 포함하는 딱딱한 벽을 갖는 중공 금속 원통에 의하여 경계지어 지는 것을 특징으로 하는 무전극 마이크로파 방전 램프.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 석영판은 이 석영판 위에 놓여지거나 이 석영판에 파묻힌 전도성 망을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 무전극 마이크로파 방전 램프.
  23. 공진공동;
    상기 공진공동 내에 배치된, 방전 형성 충전물이 함유된 전구;
    상기 충전물에 결합되는 에너지원; 및
    공기보다 더 큰 유전상수를 갖되, 크기가 감소된 공진공동이 원하는 공진모드를 유지하는데 필요한 양으로 상기 공진공동에 충진되는 유전성 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 무전극 마이크로파 방전 램프.
  24. 제 23 항에 있어서,
    상기 유전성 물질은 높은 반사율 및 높은 열전도율 중 적어도 하나의 성질을 갖는 것을 특징으로 하는 무전극 마이크로파 방전 램프.
  25. 제 24 항에 있어서,
    상기 유전성 물질에는 질화 붕소가 포함되는 것을 특징으로 하는 무전극 마이크로파 방전 램프.
  26. 제 23 항에 있어서,
    상기 유전성 물질의 유전 상수는 적어도 2인 것을 특징으로 하는 무전극 마이크로파 방전 램프.
  27. 제 26 항에 있어서,
    상기 유전성 물질의 유전 상수는 적어도 4인 것을 특징으로 하는 무전극 마이크로파 방전 램프.
  28. 제 27 항에 있어서,
    상기 유전성 물질에는 질화 붕소가 포함되는 것을 특징으로 하는 무전극 마이크로파 방전 램프.
  29. 제 23 항에 있어서,
    상기 유전성 물질은 상기 마이크로파 공동의 대부분은 차지하고 있는 것을 특징으로 하는 무전극 마이크로파 방전 램프.
  30. 제 29 항에 있어서,
    상기 램프는 마이크로파 에너지를 상기 공진공동으로 향하도록 하기 위한 결합 슬롯을 포함하고 있고, 상기 유전성 물질은 이 결합 슬롯과 전구 사이의 공진공동 전체를 차지하고 있는 것을 특징으로 하는 무전극 마이크로파 방전 램프.
  31. 제 30 항에 있어서,
    상기 전구는 구형이고, 상기 유전성 물질은 상기 전구 주위의 반구형 오목부를 경계짓는 것을 특징으로 하는 무전극 마이크로파 방전 램프.
  32. 제 31 항에 있어서,
    상기 유전성 물질은 상기 전구를 지지하는 것을 특징으로 하는 무전극 마이크로파 방전 램프.
  33. 제 31 항에 있어서,
    상기 전구는 스템에 부착되어 있고, 상기 유전성 물질은 이 스템을 수용하는 구멍을 경계짓는 것을 특징으로 하는 무전극 마이크로파 방전 램프.
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