KR20020085823A - 가스 방전 램프 - Google Patents

Abstract

적어도 하나의 용량성 결합 구조물을 구비한 가스 방전 램프가 기술되는데, 상기 램프의 특징은 결합 구조물(2,3)이 순수한 BaTiO₃를 포함하는 세라믹 물질을 포함한다는 것이다. 특히, BaTiO₃의 적어도 일부를 바륨으로 도핑하게 되면, 큐리 온도 및 포화 분극값이 실질적으로 보다 높아지며 보자 전계 강도가 실질적으로 보다 작아진 물질이 생성되고, 이렇게 형성된 물질로 제조된 결합 구조물은 실질적으로 보다 높은 온도에서 그리고 보다 낮은 동작 전압에서 동작될 수 있다. 또한, BaTiO₃를 망간, 티타늄, 납으로 다양하게 도핑하는 것도 기술된다.

Description

가스 방전 램프{GAS DISCHARGE LAMP}

본 발명은 적어도 하나의 용량성 결합 구조물(capacitive coupling structure)을 구비한 가스 방전 램프에 관한 것이다.

이러한 종류의 가스 방전 램프는 방전 용기에 의해 보통 형성되며, 상기 방전 용기는 그 내부로 퓨징(fuse)되는 두 세라믹 전극을 갖는다. 방전 가스는 방전 용기 내부에 존재한다. 전자의 방출을 통해 가스 방전을 야기하는 다양한 동작 모드가 알려져 있다.

글로우 방출(glow emission)에 의한 이른바 고온 전극(hot electrodes)에서의 전자의 생성 이외에, 가스 방전은 강한 전계에서의 전자의 방출을 통해서도 생성될 수 있고 또는 이온 충격(ion bombardment)(이온 유도 제 2 차 방출)을 통해 직접적으로 생성될 수 있다. 용량성 동작 모드에서, 용량성 결합 구조물은 전극으로 사용된다. 이 전극은 한 쪽 측면에서 방전 가스와 접촉하며 다른 측면에서 전기 도전성의 외부 전류 회로와 접속되는 유전체 물질로 형성된다. AC 전계가, 이 전극에 인가된 AC 전압에 의해 방전 용기 내에서 생성되며, 이 AC 전계에 의해 전자는 이동되어 알려진 방식으로 가스 방전을 야기한다.

이러한 원리에 의해 동작하는 가스 방전 램프는 DE 199 15616.6 에서 개시되며, 여기에서 결합 구조물은 강유전성 세라믹 물질로 형성된다. 이 세라믹 물질은, 도너/억셉터 조합의 도펀트를 가지며 바람직한 x 값이 0.09로 선택되는 Ba(Ti_1-xZr_x)O₃으로 형성된다. 높은 유전 상수 값 및 높은 잔류 분극값은 이러한 세라믹 물질로 성취될 수 있다.

본 발명의 목적은 동작 특성이 특히 광 효율(luminous efficacy)이 보다 개선된, 서두에서 언급된 종류의 가스 방전 램프를 제공하는 것이다.

또한, 인용된 종래 기술과 비교하여 보다 높은 동작 온도에서 동작할 수 있는 가스 방전 램프를 제공하는 것이다.

이러한 목적은 순수한 BaTiO₃를 포함하는 세라믹 물질을 포함하는 적어도 하나의 용량성 구조물을 구비한 가스 방전 램프에 의해 성취된다. 여기서 "순수한"이라는 용어는 도핑되지 않고 지르코늄을 전혀 포함하지 않는 BaTiO₃에 대한 것으로 이해되어야 한다.

이러한 방법의 특별한 장점은 이러한 세라믹 물질을 구비한 가스 방전 램프의 동작 온도가 100℃ 보다 높은 반면, 상술된 종래 기술에서는 대략 80℃로 제한된다는 것이다.

종속항은 본 발명의 유리한 다른 실시예에 관한 것이다.

세라믹 물질의 큐리 온도는 청구항 제 2 항 및 7 항에서 청구된 실시예로 130℃ 이상으로 상승될 수 있다.

80 V/mm 보다 작은 보자 전계 강도(coercitive field strength) 및 최소 17 μC/cm²의 포화 분극값은 특히 청구항 제 3 항 내지 5 항에서 청구된 실시예로 성취된다.

청구항 6 항의 실시예는 이 실시예의 물질의 간단한 제조 방법 때문에 제공된다.

본 발명의 다른 세부 사항, 특성, 장점들은 도면을 참조하여 다음의 바람직한 실시예로부터 분명해질 것이다.

도 1은 가스 방전 램프의 도면,

도 2는 Ba 도핑 양의 함수로의 보자 전계 강도의 구배의 도면,

도 3은 Ba 도핑 양의 함수로의 포화 분극값의 구배의 도면.

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1 : 방전 용기2 : 제 1 디스크 형상 구조물

3 : 제 2 디스크 형상 구조물4 : 접속 와이어

5 : AC 전압 소스

도 1에 도시된 가스 방전 램프는 가령 석영 유리로 된 거의 관형인 방전 램프(1)를 포함하며, 이 방전 램프의 내부 표면은 형광 층(luminescent layer)으로 코팅되며, 방전 램프는 방전 가스가 들어 있는 방전 공간을 둘러싼다. 이 용기의 축 방향에 있는 서로 대향하는 단부에서, 용기는 각각의 용량성 결합 구조물에 의해 폐쇄된다. 이 용량성 결합 구조물 각각은 두 개의 거의 디스크 형상인 요소(2,3), 즉 방전 공간과 인접하는 제 1 요소(2)와 용기의 외부 표면과 인접하는 제 2 요소(3)로 형성된다.

제 1 요소(2)가 세라믹 물질로 형성되는 반면, 제 2 요소(3)는 예컨대 도전성 은으로 된 도전성 층이며, 상기 제 2 요소(3)에 접속 와이어(4)가 고정되어 AC 전압 소스(5)에 접속된다.

두 결합 구조물 각각은 그들의 디스크 형상 요소들로 인해 플레이트 캐패시터로 동작한다. AC 전압을 인가하면 방전 용기 내부에서 AC 전계가 형성되며, 이 AC 전계는 가스 방전을 야기하여 알려진 방식으로 램프를 연속적으로 동작시킨다.

램프의 동작 특성은 결정적으로 세라믹 물질의 결합 구조물에 의해 영향을 받는다. 이 특성을 최적화하기 위해, 세라믹 물질은 가능한 한 높은 포화 분극값 Ps 및 높은 유전 상수값을 가져야 한다. 또한, 자기 이력 루프(hysteresis loop)는 가능한 한 직사각형이 되어야 한다. 마지막으로, 큐리 온도 Tc는 램프의 동작온도 보다 커야 하며, 보자 전계 강도 Ec는 램프의 동작 전압보다 낮아야 한다.

가스 방전 램프의 동작 온도는 원리상 100 도 이상의 온도까지 상승될 수 있음을 실험은 보인다. 그러나, 알려진 결합 구조물은 이 경우에 대해서는 부적합한데, 그 이유는 강유전성 세라믹 물질은 이러한 높은 동작 온도에서는 상유전성이 되기 때문이다. 이로써, 유전체 상수값 및 포화 분극값은 감소하게 되고, 보자 전계 강도 및 자기 이력 루프의 형상도 손상된다.

그러므로, 본 발명에 따르면, 상술된 Ba(Ti_1-xZr_x)O₃대신, 도핑도 되지 않고 지르코늄도 전혀 포함하지 않는 순수한 BaTiO₃을 포함하는 세라믹 물질이 결합 구조물에 대해 사용된다. 순수한 BaTiO₃는 대략 130℃ 의 큐리 온도를 갖는다.

바륨이 적어도 부분적으로 납으로 대체된다면, 큐리 온도는 보다 더 상승될 것이다.

BaTiO₃가 적어도 부분적으로 도너/억셉터로 도핑되어, 포화 분극값은 증가되고 보자 전계 강도는 감소된다.

이와 연관되어, BaTiO₃가 BaCO₃의 형태로 첨가되는 바륨에 의해 도핑되고, 뿐만 아니라 티타늄 위치에 대략 0.05 % 망간으로 도핑되면, 특히 유리하다.

바륨 도핑은 바람직하게는 2 % 아래로 유지되며, 망간 도핑은 0.01 내지 1 % 의 범위에 존재할 수 있다.

도 2는 망간 도핑 농도는 0.05%로 일정하게 유지하면서, 0.3 내지 0.8% 범위에서 변하는 바륨 도핑량의 함수로서의 보자 전계 강도 Ec의 구배를 도시한다. 80V/mm 보다 낮은 보자 전계 강도의 최소값은 대략 0.55% 바륨에서 발견된다.

도 3은 도 2의 경우와 동일하게 도핑하는 경우의 포화 분극값 Ps의 구배를 도시한다. 커브가 분명하게 나타낸 바처럼, 17 μC/cm²이상의 값이 대략 0.35 및 대략 0.75% 간의 바륨 범위에서 성취될 수 있다.

BaTiO₃를 2% 이하로 납으로 도핑하게 되면, 큐리 온도는 보다 증가되며, 최대 대략 2% 티타늄 도핑을 하게 되면, 자기 이력 루프가 이상적인 직사각형에 대해 보다 근사하게 된다.

본 발명을 통해 가스 방전 램프의 광 효율이 개선되며 보다 높은 온도에서 동닥할 수 있게 된다.

Claims (8)

1. 적어도 하나의 용량성 결합 구조물을 구비한 가스 방전 램프에 있어서,

   상기 결합 구조물(2,3)은 순수한 BaTiO₃를 포함하는 세라믹 물질을 포함하는

   가스 방전 램프.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 세라믹 물질은 바륨이 전체적으로 또는 부분적으로 납으로 대체되는 BaTiO₃를 포함하는

   가스 방전 램프.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 세라믹 물질은 티타늄 위치에 망간이 도핑된 BaTiO₃를 포함하는

   가스 방전 램프.
4. 제 3 항에 있어서,

   대략 0.01 내지 1% 범위의 망간의 양이 티타늄 위치에 도핑되는

   가스 방전 램프.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 세라믹 물질은 2% 보다 낮은 도핑량의 바륨으로 도핑되는 BaTiO₃를 포함하는

   가스 방전 램프.
6. 제 5 항에 있어서,

   BaCO₃가 상기 도펀트로 제공되는

   가스 방전 램프.
7. 제 1 항에 있어서,

   상기 세라믹 물질은 2% 보다 작은 도핑량의 납으로 도핑되는 BaTiO₃를 포함하는

   가스 방전 램프.
8. 제 1 항에 있어서,

   상기 세라믹 물질은 최대 2%가 되는 도핑량의 티타늄으로 도핑되는 BaTiO₃를 포함하는

   가스 방전 램프.