KR20020045969A - 공동전극에 의한 방전등 - Google Patents

Abstract

고효율이 구현되고, 제조원가가 저렴한 새로운 방전등을 제공하기 위하여, 방전기체가 충전된 내부영역과 외부영역을 격리하는 유리관(5), 상기 유리관 양단에 서로 대향되도록 설치된 한 개 내지 수 개의 공동으로 이루어진 공동전극(1),(2)와, 상기 공동전극(1),(2)의 안쪽으로 유리관 외벽의 동일면 상에 수평으로 서로 근접되게 설치된 보조전극(3),(4)를 포함하며, 상기 공동전극(1),(2)와 보조전극(3),(4)에 전력을 공급하여 주는 전력공급장치(6)를 포함하는 것으로, 방전등에 있어서 유리관 양단에 한 개 내지 수 개의 공동으로 형성된 공동전극을 장착함으로써 발광효율을 향상시키고, 방전 개시를 위한 보조전극을 유리관 외벽의 동일면 상에 수평으로 서로 근접하도록 함으로써 방전개시전압이 방전유지전압보다 낮게 하여, 방전효율을 극대화시키고 방전등의 제조원가를 저렴하게 하였다.

Description

공동전극에 의한 방전등{DISCHARGE LAMP OF HOLLOW ELECTRODE}

본 발명은 고효율이 실현된 방전등에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 방전등에 한 개 내지 수 개의 공동으로 이루어진 공동전극을 유리관 내부에 장착하고, 방전 개시를 위한 보조전극을 유리관 외부에 장착하며, 상기의 전극에 일정한 전력을 공급하여 방전등 내부 기체를 방전시켜, 고효율을 실현할 수 있도록 한 방전등에 관한 것이다.

일반적으로 방전등은 필라멘트전극 또는 한 개의 공동으로 이루어진 공동전극 및 봉형 또는 판형 전극을 방전등 내부에 전극을 설치하여 방전시키는 방법을 널리 채택하고 있다. 그러나, 형광등의 경우와 같이 필라멘트를 사용하여 점등 전에 필라멘트를 가열하므로 방전전압이 낮으나 전등 수명이 짧은 단점이 있고, 네온등과 같은 냉음극방전등에서 공동전극을 사용한 경우도 단순히 한 개의 공동으로 형성된 전극을 사용하고 있어 효율이 낮을 뿐만 아니라 점등전압이 높으며, 봉형또는 판형 전극을 채택한 기타 방전등의 경우 점등전압이 높고 수명이 짧은 단점이 있으며 상기 방전등 중 열음극 형광등을 제외하고는 모두 방전개시전압이 방전유지전압보다 높아 전력공급장치 제조원가가 고가인 단점이 있다.

본 발명은 이와 같은 종래의 일반적인 방전등의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 목적은 방전개시전압이 방전유지전압보다 낮아지도록 하고 고효율이 구현되며 제조원가가 저렴한 새로운 방전등을 제공하는데 그 목적이 있다.

도1은 본 발명의 원리를 이용하여 방전등을 제작한 실시예를 도시한 도면이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 방전효율을 극대화하기 위하여 한 개 내지 수 개의 공동으로 이루어진 공동전극을 양단에 서로 대향하도록 설치하고, 방전개시전압을 방전유지전압보다 낮추기 위하여 방전개시를 위한 보조전극을 유리관 외벽의 동일평면에 수평으로 근접하게 설치하였다.

즉, 본 발명은 방전을 위한 기체가 충전된 내부 영역과 외부 영역을 격리하는 유리관(5)와, 상기 유리관의 양단 외벽에 대향하도록 설치된 공동전극(1),(2)와, 상기 공동전극(1),(2)의 안쪽으로 유리관 외벽의 동일면 상에 수평으로 서로 근접되게 설치된 보조전극(3),(4)를 포함하며, 상기 공동전극(1),(2)와 보조전극(3),(4)에 전력을 공급하여 주는 전력공급장치(6)을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 상기 공동전극(1),(2)의 형상을 한 개 내지 수 개의 공동으로 형성하는 것을 특징으로 한다.

상기 보조전극(3),(4)에 의하여 방전개시전압이 방전유지전압보다 낮으므로 공동전극(1)과 보조전극(3) 및 공동전극(2)와 보조전극(4)를 일체로 형성하는 것이 바람직하다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 원리와 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명한다.

유리관(5)의 내부 기체의 방전효율을 극대화하기 위하여 도1에 도시한 바와 같이 유리관(5)의 양단에 다수의 공동으로 이루어진 공동전극(1),(2)를 서로 대향하도록 장착하고 전력공급장치(6)를 통하여 전력을 인가하면 유리관 내부의 기체가 방전에 의하여 플라즈마 상태로 변환되어 원하는 빛을 방출하게 된다.

이때 유리관(5)의 양단에 일반적인 전극이 아닌 한 개 내지 수 개의 공동으로 이루어진 공동전극(1),(2)를 서로 대향하도록 장착한 것은 공동전극효과를 이용하여 방전등의 방전효율을 극대화하기 위해서다.

즉, 상기한 바와 같이 공동전극(1),(2)를 유리관(5)의 양단에 서로 대향하도록 설치하고 전력공급장치(6)을 통하여 전력을 인가하면 공동전극(1),(2)의 내부영역(B),(C)의 기체가 전리되어 양이온ⓛ와 전자ⓔ로 분리된다. 이렇게 전리된 양이온ⓛ와 전자ⓔ는 공동전극(1),(2)간에 형성된 전계에 의하여 가속되게 된다. 그런데 전리된 양이온ⓛ는 질량이 매우 커 가속이 적게 되므로 공동전극(1),(2)의 내부영역(B),(C)에 주로 머물게 되고, 전자ⓔ는 질량이 매우 작아 매우 빠른 속도로 가속되어 공동전극(1),(2) 사이의 영역인 영역(D)로 분출된다. 이렇게 영역(D)로 분출된 전자ⓔ는 영역(D)에 있는 기체입자와 충돌하여 영역(D)의 기체를 급속히 플라즈마 상태로 변화시키고 플라즈마 상태의 기체는 빛을 발하게 된다.

그런데 상기의 경우 공동전극효과는 공동의 직경이 작을수록 효과가 크므로 유리관(5) 내부의 방전기체를 효율적으로 플라즈마 상태로 전환시켜 발광하도록 하려면 가능한 한 다수의 공동으로 이루어진 전극을 장착하는 것이 바람직하다.

그러나 상기한 공동전극(1),(2)만 설치할 경우 방전개시전압 및 방전유지전압이 높을 뿐만 아니라 방전개시전압이 방전유지전압보다 높아 전력공급장치(6)의 설계 및 제작이 어렵고, 그결과 전력공급장치(6)의 제조원가가 높아지는 단점이 있다. 따라서 본 발명에서는 상기한 단점을 극복하기 위하여 도1에 도시한 바와 같이 공동전극(1),(2)의 안쪽으로 유리관(5) 외벽의 동일면 상에 수평으로 서로 근접하게 보조전극(3),(4)를 설치하여 방전개시전압 및 방전유지전압을 낮추었으며 방전개시전압이 방전유지전압보다 낮도록 하여 정력공급장치(6)의 설계 및 제작을 용이하게 하여 전력공급장치(6)을 저렴하게 제작할 수 있게 하였다.

즉, 기체방전의 경우 방전전압을 V라고 하고, 방전기체압력을 P라고 하고, 전극간거리를 D라고 하면

V ∝ PxD이며,

또한, 방전기체압력(P)와 전극간거리(D)가 동일할 경우 방전개시전압을 V_E라고 하고, 방전유지전압을 V_O라고 하면

V_E〉 V_O이다.

여기서, 방전개시전압(V_E)를 방전유지전압(V_O)과 같거나 낮게 하려면 방전기체압력(P)는 동일하므로 방전개시를 위한 전극간거리(D_E)가 방전유지를 위한 전극간거리(D_O)보다 짧아야 한다.

즉,

V_E≤ V_O의 조건을 충족시키려면

D_E〈 D_O이어야 한다.

그런데 종전의 방법으로 전극간거리를 줄이는 것은 한계가 있어 본 발명에서는 보조전극(3)(4)를 동일면상에 수평으로 장착하여 보조전극(3)과 보조전극(4)간의 거리를 줄여 방전개시전압이(V_E)가 방전유지전압(V_O)보다 낮아지도록 하였다.

상기한 원리를 근거로 하여 도1에 도시한 실시예로 점등현상 및 과정을 기술하면 다음과 같다.

도1에 도시한 실시예의 유리관(5) 외벽에 장착된 공동전극(1),(2)와 보조전극(3),(4)에 전력공급장치(6)을 통하여 소정의 전력을 공급하면 보조전극(3),(4)가 가장 가깝게 근접한 영역(A)에서 최초로 방전이 개시되고, 방전이 개시되면 영역(A)에 생성된 전자와 양이온이 공동전극(1),(2) 및 보조전극(3),(4)에 의하여 형성된 전계에 의하여 가속되며, 가속된 전자와 양이온은 주위의 기체입자와 충돌하여 더 많은 전자와 양이온을 생성하여 유리관(5)의 내부 영역(D)를 플라즈마 상태로 변환시킨다. 이러한 확산 현상이 계속 진행되어 공동전극(3),(4)의 내부 영역(B),(C)도 플라즈마 상태로 변환시킨다.

이렇게 공동전극(3),(4)의 내부 영역(B),(C)가 플라즈마 상태로 변환되면 앞에서 기술한 바와 같이 공동전극효과에 의하여 공동전극(3),(4)의 내부 영역(B),(C)로부터 다량의 전자가 유리관(5)의 내부 영역(D)로 방출되고, 유리관(5)의 내부 영역(D)로 방출된 다량의 전자는 유리관(5)의 내부 영역(D)에 충진된 기체를 전리시켜 유리관(5)의 내부 영역(D)를 고밀도 플라즈마 상태로 변화시키며, 이렇게 유리관(5)의 내부 영역(D)가 플라즈마 상태로 변환되면 이온들이 상호 충돌하여 전자와 양이온들이 결합되었다가 분리되는 활동이 활발하게 일어나게 되어 유리관(5)의 내부 영역(D)에서 빛을 방출하게 된다.

이때, 유리관(5)의 내부 영역(D)에서 방출된 빛이 필요한 파장의 빛으로 방출되지 않으면 유리관(5)의 내부 영역(D)에서 방출된 빛을 받아 원하는 파장의 빛으로 변환시키는 형광물질을 유리관(5)의 내벽에 도포하여 필요한 파장의 빛을 얻도록 하며, 유리관(5)는 원하는 파장의 빛은 잘 투과시키고 원하지 않는 파장의 빛은 투과되지 않는 재질로 제작하며, 방전개시를 위한 보조전극(3),(4)가 유리관(5)의 외벽에 장착되어 있으므로 유리관(5) 내부의 방전기체압력은 유리관(5) 외부의 기체압력보다 낮게 조성하여 유리관(5) 내부의 방전기체만 방전되도록 하여야 한다.

여기서, 형광물질은 받아들인 빛의 파장보다 긴 파장의 빛을 방출하게 되므로 형광물질을 통하여 얻어진 빛은 유리관(5)의 내부 영역(D)에서 방출한 빛 보다 짧은 파장의 빛을 얻을 수 없음을 유의하여 형광물질과 유리관 내부의 기체를 조성하여야 한다.

또한, 점등이 저전압에서 잘 되게 하기 위하여 공동전극(1),(2)와전극(3),(4)에 인가되는 전력은 고주파 교류전력을 전력공급장치(6)을 통하여 공급하는 것이 바람직하다.

이상에서와 같이 본 발명은 방전등에 있어서 한 개 내지 수 개의 공동으로 이루어진 공동전극을 유리관 양단에 설치함으로 방전효율을 향상시켰으며, 방전개시를 위한 보조전극을 유리관 외벽의 동일면 상에 수평으로 장착함으로 방전개시전압이 방전유지전압보다 낮게 하여 전력공급장치를 저렴한 가격으로 용이하게 제작할 수 있게 하였다. 즉, 방전효율이 높고, 제조원가가 저렴한 방전등을 실현하였다.

Claims (9)

1. 기체가 충전된 내부 영역과 외부 영역을 격리하는 유리관(5)와;

   상기 유리관(5)의 양단에 서로 대향하도록 설치된 공동전극(1) 및 공동전극(2)와;

   상기 공동전극(1),(2)에 전력을 공급하여주는 전력공급장치(6)을 포함하는 것을 특징으로 하는 방전등.
2. 제1항에 있어서, 상기 공동전극(1),(2)의 안쪽으로 외벽의 동일면 상에 수평으로 서로 근접되게 설치된 보조전극(3),(4)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방전등.
3. 제2항에 있어서, 상기 공동전극(1)과 보조전극(3) 및 공동전극(2)와 보조전극(4)를 일체로 형성한 것을 특징으로 하는 방전등.
4. 제1항에 있어서, 상기 공동전극(1),(2)를 한 개 내지 수 개의 공동으로 형성한 것을 특징으로 하는 방전등.
5. 제1항 및 제2항에 있어서, 상기 전력공급장치가 교류전력을 공급하는 것을 특징으로 하는 방전등.
6. 제1항 및 제2항에 있어서, 상기 전력공급장치가 방전 개시와 방전 개시 이후의 공급전력이 서로 다르게 되도록 하는 것을 특징으로 하는 방전등.
7. 제1항 및 제2항에 있어서, 방전에 의하여 가시광선 영역의 빛을 다량 방출하는 기체를 조성한 것을 특징으로 하는 방전등.
8. 제1항 및 제2항에 있어서, 상기 방전에 의하여 방출된 자외선에 의하여 원하는 파장의 빛으로 변환시켜주는 형광물질을 유리관(5)의 내벽에 도포한 것을 특징으로 하는 방전등.
9. 제1항 및 제2항에 있어서, 상기 유리관(5)를 원하는 파장의 빛은 투과율이 높고 원하지 않는 파장의 빛은 투과율이 낮은 재질의 물질로 형성하는 것을 특징으로 하는 방전등.