KR20020045970A - Discharge lamp of external hollow electrode - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 수명이 반영구적이고 고효율이 실현된 방전등에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 방전등 내부에 전극을 장착하지 않고 방전등 외부에 한 개 내지 수 개의 공동으로 이루어진 공동전극과 방전개시를 위한 보조전극을 장착하고, 장착된 전극에 일정한 전력을 공급하여 방전등 내부 기체를 방전시키는 수명이 반영구적이며 고효율 방전등을 실현할 수 있도록 한 외부전극 방전등에 관한 것이다.The present invention relates to a discharge lamp that has a semi-permanent lifetime and high efficiency, and more particularly, to a cavity electrode having one to several cavities outside the discharge lamp and an auxiliary electrode for starting discharge, without mounting the electrode inside the discharge lamp. The present invention relates to an external electrode discharge lamp, which is capable of realizing a high-efficiency discharge lamp by providing a constant power to the mounted electrode to discharge the gas inside the discharge lamp.
일반적으로 방전등은 방전기체들을 충전한 방전등 내부에 전극을 설치하여 방전시키는 방법을 널리 채택하고 있다. 그러나, 방전등 내부에 전극을 장착한 종래 방전등의 경우 방전시키기는 쉬우나 방전등 내부의 방전기체에 전극이 노출되어 있으므로 전극손상이 급속히 진행되고, 그 결과 방전등의 수명을 단축시킬 뿐만 아니라 방전등 내부를 오염시켜 효율을 저하시키며, 전극과 방전등 내부 기체의 화학적 반응으로 인하여 방전을 위한 방전등 내부의 기체조성이 제한되는 단점이 있다.In general, the discharge lamp is widely adopted to discharge by installing an electrode inside the discharge lamp filled with the discharge gas. However, in the case of a conventional discharge lamp equipped with an electrode inside the discharge lamp, it is easy to discharge, but since the electrode is exposed to the discharge gas inside the discharge lamp, electrode damage proceeds rapidly, resulting in shortening the life of the discharge lamp and contaminating the inside of the discharge lamp. The efficiency is lowered, and the gas composition inside the discharge lamp for discharge is limited due to the chemical reaction of the electrode and the gas inside the discharge lamp.
이를 극복하기 위하여 격벽방전등이 개발되어 보급되고 있으나 방전전압이 매우 높고 방전 시 전극 부분에 발생하는 암흑부로 인하여 효율이 매우 낮아 채택되지 않고 있다. 그리고 최근에는 RF(radio frequency) 또는 HF(high frequency) 전력을 유도코일에 인가하여 점등하는 방전등과 마이크로파(micro wave)를 전등에 조사하여 점등하는 방전등이 개발되어 보급되고 있으나 가격이 고가일 뿐만 아니라 형태를 자유롭게 만들 수 없으며, 특히 마이크로파를 이용할 경우 위험성이 큰 단점이 있다.In order to overcome this, bulkhead discharge lamps have been developed and spread, but due to the high discharge voltage and the dark portion generated at the electrode part during discharge, the efficiency is very low and is not adopted. Recently, a discharge lamp that lights by applying RF (radio frequency) or high frequency (HF) power to an induction coil and a lamp that emits light by irradiating a microwave to a lamp have been developed and distributed, but the price is not only expensive. It is not free to make the shape, especially when using the microwave has a significant risk.
따라서 종래의 무전극 또는 외부전극 방전등으로는 기술적 및 경제적 한계로 인하여 일반조명을 위한 상품화가 활성화되지 못하고 있다.Therefore, commercialization for general lighting is not activated due to technical and economic limitations with conventional electrodeless or external electrode discharge lamps.
본 발명은 이와 같은 종래의 일반적인 방전등과 무전극 및 외부전극 방전등의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 목적은 저전압에서 방전이 이루어지고 고효율이 구현되는 외부전극 방전등을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention is to solve the problems of the conventional general discharge lamp and the electrodeless and external electrode discharge lamp, the object is to provide an external electrode discharge lamp that discharge is performed at a low voltage and high efficiency is realized.
또한, 본 발명의 목적은 제조원가를 저렴하게 하고, 방전등의 형상을 자유롭게 제작할 수 있으며, 방전등 내부의 방전기체를 자유롭게 조성할 수 있는 새로운 방전등을 실현할 수 있는 외부전극 방전등을 제공하는 데 있다.It is also an object of the present invention to provide an external electrode discharge lamp which can realize a new discharge lamp that can reduce the manufacturing cost, can freely manufacture the shape of a discharge lamp, and can freely form a discharge gas inside the discharge lamp.
도1은 본 발명의 원리를 이용하여 방전등을 제작한 실시예를 도시한 도면이다.1 is a view showing an embodiment in which a discharge lamp is manufactured using the principles of the present invention.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 방전효율을 극대화하기 위하여 한 개 내지 수 개의 공동으로 이루어진 공동전극을 전등 양단에 서로 대향하도록 설치하고, 방전개시전압을 낮추기 위하여 방전개시를 위한 보조전극을 전등의동일평면에 수평으로 근접하게 설치하며, 방전등 내부의 기체조성을 자유롭게 하고 방전등 수명을 연장하기 위하여 상기의 공동전극 및 보조전극을 전등의 외벽에 설치한다.In order to achieve the above object, the present invention is to install a joint electrode consisting of one to several cavities facing each other at both ends of the lamp in order to maximize the discharge efficiency, the auxiliary electrode for starting the discharge to lower the discharge start voltage It is installed close to the same plane of the lamp horizontally, and the common electrode and the auxiliary electrode is installed on the outer wall of the lamp in order to free the gas composition inside the discharge lamp and extend the life of the discharge lamp.
즉, 본 발명은 방전을 위한 방전기체가 충전된 내부 영역과 외부 영역을 격리하는 유리관(5)와, 상기 유리관의 양단 외벽에 서로 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 공급하는 전력공급장치(6)을 포함하는 것을 특징으로 한다.That is, according to the present invention, a glass tube (5) isolating an inner region and an outer region filled with a discharge gas for discharging, a cavity electrode (1) and (2) provided to face each other on the outer walls of the glass tube, and the cavity electrode. (1) and (2), comprising auxiliary electrodes (3) and (4) horizontally adjacent to each other horizontally on the same surface of the outer wall of the glass tube, wherein the cavity electrodes (1), (2) and the auxiliary electrode (3) ), Characterized in that it comprises a power supply (6) for supplying power to (4).
또한, 본 발명은 상기 공동전극(1),(2)의 형상을 한 개 내지 수 개의 공동으로 형성하는 것을 특징으로 하며, 상기 보조전극(3),(4)에 의하여 방전개시전압이 방전유지전압보다 낮으므로 공동전극(1)과 보조전극(3) 및 공동전극(2)와 보조전극(4)를 일체로 형성하는 것을 특징으로 한다.In addition, the present invention is characterized in that to form the cavity electrode (1), (2) of one to several cavities, the discharge start voltage is maintained by the auxiliary electrode (3), (4) Since the voltage is lower than the voltage, the cavity electrode 1, the auxiliary electrode 3, and the cavity electrode 2 and the auxiliary electrode 4 may be integrally formed.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 원리와 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail the principles and preferred embodiments of the present invention.
유리관(5)의 내부 기체의 방전효율을 극대화하기 위하여 도1에 도시한 바와 같이 유리관(5)의 양단 외벽에 한 개 내지 수 개의 공동으로 이루어진 공동전극(1),(2)를 서로 대향하도록 장착하고 전력공급장치(6)를 통하여 소정의 전력을 인가하면 유리관 내부의 기체가 방전에 의하여 플라즈마 상태로 변환되어 원하는 빛을 방출하게 된다.In order to maximize the discharge efficiency of the gas inside the glass tube 5, as shown in FIG. 1, the common electrodes 1 and 2 made up of one to several cavities on the outer walls of both ends of the glass tube 5 face each other. When a predetermined power is applied through the power supply device 6, the gas inside the glass tube is converted into a plasma state by discharge and emits desired light.
이때 유리관(5)의 양단 외벽에 일반적인 전극이 아닌 한 개 내지 수 개의 공동으로 이루어진 새로운 형태의 공동전극(1),(2)를 서로 대향하도록 장착한 것은 공동전극효과와 축전기효과를 이용하여 방전등의 방전효율을 극대화하기 위해서다.At this time, a new type of common electrode (1), (2) consisting of one to several cavities on the outer wall of both ends of the glass tube (5) to face each other is discharged by using the common electrode effect and the capacitor effect. To maximize the discharge efficiency.
즉, 상기한 바와 같이 공동전극(1),(2)을 유리관(5)의 양단 외벽에 서로 대향하도록 설치하고 전력공급장치(6)을 통하여 전력을 인가하면 공동전극(1),(2)의 내부영역(B),(C)의 기체가 전리되어 양이온ⓛ과 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.That is, as described above, the common electrodes 1 and 2 are installed on the outer walls of both ends of the glass tube 5 so as to face each other, and the electric power is applied through the power supply device 6 to provide the common electrodes 1 and 2. The gas in the internal regions (B) and (C) is ionized and separated into cations and electrons ⓔ. The ionized cation and electron ⓔ are accelerated by an electric field formed between the cavity electrodes 1 and 2. However, since the ionized cation has a very large mass and less acceleration, it stays mainly in the internal regions (B) and (C) of the cavity electrodes (1) and (2), and electron ⓔ has a very small mass and accelerates at a very high speed. Then, it is ejected to the area D which is an area between the cavity electrodes 1 and 2. The electron ⓔ emitted to the region D collides with the gas particles in the region D to rapidly change the gas in the region D into a plasma state, and the gas in the plasma state emits light.
또한, 유리관(5)로 격리된 공동전극(1),(2)는 축전기 역할을 하게 되므로 교류를 인가하여 유리관(5)의 내부영역이 플라즈마상태로 변환되는 효과를 상승시킨다.In addition, since the common electrodes 1 and 2 separated by the glass tube 5 serve as a capacitor, an alternating current is applied to increase the effect of converting the internal region of the glass tube 5 into a plasma state.
그런데 상기의 경우 공동전극효과는 공동의 직경이 작을수록 효과가 크고, 축전기 효과는 공동전극의 면적이 넓을수록 효과가 크므로 유리관(5)내부의 방전기체를 효율적으로 플라즈마 상태로 전환시키려면 가능한 한 다수의 공동으로 이루어진 전극을 장착하는 것이 바람직하다.However, in the above case, the cavity electrode effect is larger as the diameter of the cavity is larger, and the capacitor effect is greater as the area of the cavity electrode is larger, so that the discharge gas inside the glass tube 5 can be efficiently converted into a plasma state. It is desirable to mount an electrode consisting of one multiple cavity.
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 전력공급장치(6)의 설계 및 제작을 용이하게 하여 전력공급장치(6)을 저렴하게 제작할 수 있도록 하였다.However, when only the cavity electrodes 1 and 2 are installed, not only the discharge start voltage and the discharge sustain voltage are high, but also the discharge start voltage is higher than the discharge sustain voltage, making it difficult to design and manufacture the power supply device 6, resulting in power. There is a disadvantage that the manufacturing cost of the feeder (6) is increased. Therefore, in order to overcome the above-mentioned disadvantages, the auxiliary electrodes 3, horizontally close to each other horizontally on the same surface of the outer wall of the glass tube 5, as shown in FIG. (4) to lower the discharge start voltage and the discharge holding voltage and to make the discharge start voltage lower than the discharge holding voltage, thereby facilitating the design and manufacture of the power supply device 6, thereby making the power supply device 6 inexpensive. It could be produced.
즉, 기체방전의 경우 방전전압을 V라고 하고, 방전기체압력을 P라고 하고, 전극간거리를 D라고 하면That is, in case of gas discharge, the discharge voltage is V, the discharge gas pressure is P, and the distance between electrodes is D.
V ∝ PxD이며,V ∝ PxD,
또한, 방전기체압력(P)와 전극간거리(D)가 동일할 경우 방전개시전압을 VE라고 하고, 방전유지전압을 VO라고 하면When the discharge gas pressure P and the electrode distance D are the same, the discharge start voltage is V E , and the discharge sustain voltage is V O.
VE〉 VO이다.V E > V O.
여기서, 방전개시전압(VE)를 방전유지전압(VO)과 같거나 낮게 하려면 방전기체압력(P)는 동일하므로 방전개시를 위한 전극간거리(DE)가 방전유지를 위한 전극간거리(DO)보다 짧아야 한다.Here, if the discharge start voltage (V E ) is equal to or lower than the discharge sustain voltage (V O ), since the discharge gas pressure (P) is the same, the inter-electrode distance (D E ) for starting discharge is the inter-electrode distance (D) for maintaining discharge. It should not be longer than O).
즉,In other words,
VE≤ VO의 조건을 충족시키려면To satisfy the condition of V E ≤ V O
DE〈 DO이어야 한다.D E <D O
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(VE)가 방전유지전압(VO)보다 낮아지도록 하였다.However, there is a limit to reducing the distance between the electrodes by the conventional method in the present invention by mounting the auxiliary electrode (3) (4) horizontally on the same plane to reduce the distance between the auxiliary electrode (3) and the auxiliary electrode (4) discharge start voltage This (V E ) was made lower than the discharge holding voltage (V O ).
상기한 원리를 근거로 하여 도1에 도시한 실시예로 점등현상 및 과정을 기술하면 다음과 같다.Based on the above principle, the lighting phenomenon and the process of the embodiment shown in FIG. 1 will be described as follows.
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.When the predetermined power is supplied to the cavity electrodes 1, 2 and the auxiliary electrodes 3, 4 mounted on the outer wall of the glass tube 5 of the embodiment shown in FIG. In the region (A) closest to the electrodes (3) and (4), discharge is first started, and when the discharge is initiated, electrons and cations generated in the region (A) are the common electrodes (1), (2) and auxiliary electrodes. Accelerated by the electric field formed by (3) and (4), the accelerated electrons and cations collide with the surrounding gas particles to generate more electrons and cations to form the inner region D of the glass tube 5 in a plasma state. To. This diffusion phenomenon continues and converts the internal regions B and C of the cavity electrodes 3 and 4 into a plasma state.
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 되므로 유리관(5)의 내부 영역(D)에서 빛을 방출하게 된다.When the internal regions B and C of the cavity electrodes 3 and 4 are converted into the plasma state, the internal regions B of the cavity electrodes 3 and 4 are affected by the cavity electrode effect as described above. ), (C) a large amount of electrons are emitted to the inner region (D) of the glass tube (5), the large amount of electrons emitted to the inner region (D) of the glass tube (5) is an inner region (D) of the glass tube (5) ), The gas filled in the ion is ionized to change the inner region D of the glass tube 5 to a high density plasma state. When the inner region D of the glass tube 5 is converted into a plasma state, ions collide with each other to form electrons and As the cations bind to and separate from each other, the light is emitted in the inner region D of the glass tube 5.
이때 유리관(5)의 내부 영역(D)에서 방출된 빛이 필요한 파장의 빛이 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, 방전을 위한 공동전극(1),(2)와 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.In this case, if the light emitted from the inner region D of the glass tube 5 is not emitted, the fluorescent material that receives the light emitted from the inner region D of the glass tube 5 and converts the light into a light having a desired wavelength. It is applied to the inner wall of the glass tube (5) to obtain the light of the required wavelength, the glass tube (5) is made of a material that transmits the light of the desired wavelength well, but does not transmit the light of the unwanted wavelength, the common electrode for discharge (1), (2) and auxiliary electrodes (3) and (4) are mounted on the outer wall of the glass tube (5), the discharge gas pressure inside the glass tube (5) is lower than the gas pressure outside the glass tube (5) Only the discharge gas inside the glass tube (5) should be discharged.
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.Here, since the fluorescent material emits light having a wavelength longer than the wavelength of the received light, light obtained through the fluorescent material cannot obtain light having a wavelength shorter than that emitted from the inner region D of the glass tube 5. Care must be taken to form the phosphor and the gas inside the glass tube.
또한, 공동전극(1)과 공동전극(2) 및 유리관은 전기회로 상 축전기와 같은 역할을 하게 되므로 발광효율을 향상시키고 점등이 저전압에서 잘 되게 하기 위하여 공동전극(1),(2)와 전극(3),(4)에 인가되는 전력은 고주파 교류전력을 전력공급장치(6)을 통하여 공급하는 것이 바람직하다.In addition, the common electrode (1), the common electrode (2) and the glass tube play a role as a capacitor in the electric circuit, so that the common electrode (1), (2) and the electrode in order to improve the luminous efficiency and the lighting is well at low voltage The power applied to (3) and (4) preferably supplies high frequency AC power through the power supply device 6.
이상에서와 같이 본 발명은 방전등에 있어서 전극을 방전등 외부에 장착함으로 전극의 수명을 연장시켰고, 한 개 내지 수 개의 공동으로 이루어진 공동전극을 유리관 양단에 설치함으로 방전효율을 향상시켰으며, 방전개시를 위한 보조전극을 동일면 상에 수평으로 근접하게 장착함으로 방전개시전압이 방전유지전압보다 낮게 하여 전력공급장치를 저렴한 가격으로 용이하게 제작할 수 있게 하였다. 즉, 방전등의 수명이 수십 배로 연장되고, 방전효율이 높으며, 제조원가가 저렴한 외부전극 방전등을 실현하였다.As described above, the present invention extends the life of the electrode by mounting the electrode outside the discharge lamp in the discharge lamp, and improves the discharge efficiency by installing a common electrode consisting of one to several cavities at both ends of the glass tube. Auxiliary electrodes for horizontally mounted on the same surface horizontally lowered the discharge start voltage lower than the discharge sustaining voltage so that the power supply device can be easily manufactured at low cost. That is, the lifetime of the discharge lamp is extended tens of times, the discharge efficiency is high, and the manufacturing cost of the external electrode discharge lamp is realized.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
| LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |