KR20030036696A - 적어도 하나의, 실질상 ｕ자형 가스 방전 램프를 가진조명장치 - Google Patents
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Abstract
가스 방전용 수은을 함유하고, 실질상 U자형인 가스 방전 램프(1)가 고주파 드라이버 회로(6)에 접속되어 있다. 상기 가스 방전 램프(1)가 가능한 한 최소의 손실과 가능한 한 최대의 발광 효율을 가지고 작동되도록 하기 위해서, 상기 고주파 드라이버 회로(6)의 출력단자(4, 5)가 각각 전기적으로 접지되어 있지 않고, 상기 가스 방전 램프(1)의 중심 영역(11)이 전기적 접지(M)에 용량성 연결되어 있다. 이로써 상기 중심 영역(11)에서 램프 전류가 실질적으로 감소되어, 그 곳에서 상기 가스 방전 램프(1)의 열 발생이 줄어들게 됨으로써, 결과적으로 상기 영역은 가스 방전 공간 중에서 수은이 응축될 수 있는 중 가장 차가운 장소로 형성된다. 상기 방식으로 수은 증기압이 조정되고 발광효율이 최적화된다.
Description
가스 방전 램프, 특히 형광 램프는 다양한 방식으로 조명을 목적으로 사용된다. 예를 들어 액정 디스플레이와 같이 자체가 빛을 내지 않는 디스플레이 장치의 배경조명(backlight)이 이것에 대한 일 예이다.
가스 방전 램프는 사용되는 경우에 따라 상이한 형태의 램프 몸체로 이루어지며, 상기 램프 몸체 내 두 전극 사이에 가스 방전 공간이 형성된다. 상기 가스 방전 공간은, 아르곤 및 크세논과 같이, 불활성 가스 또는 불활성 가스 혼합물로된, 및 대개 소량의 수은이 첨가된 가스 분위기로 충진된다. 상기 불활성 가스는 가스 방전이 일어나도록 하는데 필수적이지만, 빛의 생성에는 별로 도움이 되지 않는다. 이와는 반대로 수은 원자는 자유 전자의 충돌에 의해 자외선광을 방출하는데 여기되며, 상기 자외선광은 형광 램프의 경우에 램프 내부면에 있는 형광 물질에 의해 가시광으로 변환된다. 온도가 올라감에 따라서 수은 증기압이 높아져서 상기 가스 분위기 내 빛의 생성에 이용되는 수은 원자의 수가 증가한다. 그러나 상기 가스 분위기 내 수은 원자가 다른 한편으로는 빛을 흡수하는 작용도 하기 때문에, 가스 방전 램프의 발광 효율과 관련하여 전반적으로 약 50℃의 작동온도가 최적이며, 상기 온도 이상 및 이하에서는 발광 효율이 다시 떨어진다.
따라서 미국특허 제 5 909 085호에는 가스 방전 램프의 외부 임의의 장소에 열전 냉각기를 배치하는 것이 공지되어 있다. 기본적으로 수은은 가스 방전 램프 중 가장 차가운 장소에서 응축되기 때문에, 가스 방전 램프 전체를 냉각하지 않고서도, 램프 온도가 50℃를 초과하는 경우에 상기 열전 냉각기를 트리거함으로써 수은 증기압이 일정하게 조정될 수 있다.
상기 가스 방전 램프를 켤 때 또는 주변 온도가 낮을 때 가능한 한 빨리 최적의 작동온도에 도달하거나 유지하기 위해서, 추가적으로 상기 공지된 가스 방전 램프 주위로 그 전체 길이에 걸쳐서 가열 코일이 감기게 된다. 그 결과로서 상기 가스 방전 램프와 가열 코일 사이에 비교적 표유 용량이 커지게 되어, 10 ㎑ 부터의 고주파수로 가스 방전 램프를 작동하는 것은 그에 따른 파워 손실을 유발할 수도 있다. 그러나 다른 한편으로는 고주파수로 가스 방전 램프를 트리거하는 것이 의도되는데, 그 이유는 거기에 보다 높은 발광 효율이 결부되며, 영점 전류로 흘러나가지 않고 가스 기둥이 안정적으로 연소되며, 그리고 0(zero)에 대해서 램프전류와 램프전압간 위상 이동이 일어나지 않기 때문이다.
이미 언급한 바와 같이, 가스 방전 램프는 사용되는 경우에 따라서 상이하게 형성된 램프 몸체를 구비할 수 있다. WO 98/12471에는 back-lit 백라이트 형태로된 조명장치가 공지되어 있으며, 상기 조명장치에서는 실질적으로 U자형인 형광 램프가 내부 금속코팅된 라이트 박스 내에 배치되고, 상기 라이트 박스는 한 쪽이 개방되어 있고 그 곳은 균일한 빛의 방사를 위하여 산광기로 뒤덮인다.
본 발명의 목적은 가장 간단한 수단으로 가스 방전 램프가 가능한 한 최소의손실과 가능한 한 최대의 발광효율을 가지고 작동되도록 하는데 있다.
상기 목적은 본 발명에 따라서 적어도 하나의, 실질상 U자형인 가스 방전 램프를 가진 조명장치에 의해 달성되며, 상기 가스 방전 램프는 가스 방전용 수은을 함유하고 그 전극이 고주파 드라이버 회로의 출력단자에 접속되어 있으며, 이 경우에 상기 고주파 드라이버 회로의 출력단자는 각각 전기적으로 접지되어 있지 않고, 상기 가스 방전 램프의 중심 영역은 전기적인 접지에 용량성 연결되어 있다. 이로써, 하기에서 보다 상세하게 설명되는 바와 같이, 상기 가스 방전 램프의 중심 영역에서는, 즉 상기 가스 방전 램프의 평행 길이방향 부분이 서로 결합되어 있는 장소에서는, 램프 전류가 급격히 감소되어 상기 장소에서는 이에 따라 열 발생이 급격하게 떨어지게 되고 가스 방전 공간 중에서 수은이 응축될 수 있는 가장 차가운 장소로 형성된다. 상기 방식에 따라서 가장 간단한 수단으로, 자체로 전류를 소모하는 활성 냉각 수단이 거기에 요구되지 않고서도, 가스 방전 램프 내 수은 증기압이 효과적으로 조정될 수 있다. 상기 가스 방전 램프의 중심 영역이 전기적 접지에 용량성 연결되어 있는 것은 상기 영역의 단락(short circuit)이나 마찬가지이며, 따라서 램프 전류는 이로써 상기 가스 방전 램프의 평행 길이방향 부분에서는 어떤 방식으로도 감소되지 않으며 오히려 상승된다. 상기 가스 방전 램프의 평행 길이방향 양쪽 부분과 전기적 접지 사이에 있는 미미하지만 완전하게 회피할 수 없는 표유 용량으로 인하여, 램프 전류는 상기 양 길이방향 부분의 각 부분에서 동일하게 각각의 전극으로부터 상기 가스 방전 램프의 중심 영역으로까지 약간씩 떨어지게 된다; 그러므로 상기 양 평행 길이방향 부분에 있는 총 램프 전류에 따른 표유 필드(stray field)는 0(zero)이다.
상기 가스 방전 램프의 중심 영역에서 과잉 열을 효과적으로 끌어내기 위해서, 상기 가스 방전 램프는 상기 영역에서 추가적으로 열적 접지에 연결될 수 있으며, 이 경우에 상기 열적 및 전기적 접지는 예컨대 금속 플레이트와 같은 하나의 구조체로 형성될 수 있다. 이 경우에 상기 열적 연결은 열전도 페이스트에 의해 보다 개선될 수 있다. 어떤 경우에서도 그러나 상기 끌려나가야할 열량은 공지되어 있는 가스 방전 램프에서 보다 훨씬 적은데, 그 이유는 본 발명에 따른 가스 방전 램프에서는 램프의 중심 영역에서 열 발생이 현저하게 감소되어 있기 때문이다.
본 발명에 따른 조명장치에 대한 바람직한 실시예에서는 상기 전기적 또는 열적 접지가 금속 라이트 박스로 구성되며, 상기 라이트 박스 내에 적어도 하나의 가스 방전 램프가 배치되는데, 이 경우에 상기 가스 방전 램프의 전극은 상기 라이트 박스의 한 면에서 상기 라이트 박스로부터 돌출하고, 상기 가스 방전 램프의 중심 영역은 상기 라이트 박스의 그 마주하는 면에서 상기 라이트 박스에 인접한다.
상기 고주파 드라이버 회로의 출력단자가 전기적 접지로부터 자유롭게 하기 위해서, 바람직하게는 상기 고주파 드라이버 회로에는 회로측 코일 및 램프측 코일이 구비되며, 이 경우에 상기 램프측 코일의 단부에는 출력단자가 형성된다.
본 발명은 하기에서 도면을 참조하게 보다 상세하게 설명된다.
도 1은 U자형 가스 방전 램프 및 고주파 드라이버 회로를 가진 종래의 조명장치에 대한 간단한 회로 예이며,
도 2는 도 1에 따른 공지된 조명장치에서 램프 전류의 흐름에 대한 예이며,
도 3은 U자형 가스 방전 램프 및 고주파 드라이버 회로를 가진 본 발명에 따른 조명장치에 대한 간단한 회로 예이며,
도 4는 도 3에 따른 조명장치에서 램프 전류의 흐름에 대한 예이며,
도 5는 라이트 박스 내에 배치된 가스 방전 램프를 가진 본 발명에 따른 조명장치에 대한 실시예이며, 그리고
도 6은 도 5에 도시된 조명장치에 대한 부분 횡단면도이다.
도 1은 불활성 가스 충진 이외에도 소량의 수은량을 함유한 U자형 가스 방전 램프(1)를 도시하며, 상기 가스 방전 램프(1)의 전극(2 및 3)은 고주파 드라이버 회로(6)의 출력단자(4 및 5)에 접속되어 있다. 상기 고주파 드라이버 회로(6)는 드라이버 전자 어셈블리(7) 및 회로측 코일(9)과 램프측 코일(10)을 가진 출력 변성기(8)를 포함하며, 상기 램프측 코일(10)의 단부는 출력단자(4 및 5)와 결합되어 있다. 상기 출력단자(5)는 전기적 접지(M)와 결합되어 있다. 상기 가스 방전 램프(1)의 고주파 트리거링으로 인하여, 상기 가스 방전 램프와 전기적 접지(M) 사이에는 누설 전류를 유발시킬 수 있는 표유 용량이 작용한다. 본 도면에서 상기 표유 용량은 단일 용량(CS)으로서 간소화하여 도시되었으나 사실상 상기 가스 방전 램프(1)의 길이에 걸쳐 연속되는 단위 길이당 용량을 형성한다. 마찬가지로 본 도면에서 상기 가스 방전 램프(1) 내부에서 가스 방전 경로의 임피던스는 표유 용량(CS) 사이에서 단일 임피던스(R)의 형태로 간소화하여 도시되어 있다. 접지에서 먼 쪽에 있는 출력단자(4)에서 가스 방전 램프(1)로 흘러 들어가는 램프 전류(I)로부터상기 표유 용량(CS)에 걸쳐 연속적으로 표유 전류(IS)가 전기적 접지(M) 방향으로 흘러나감으로써, 상기 전기적 접지(M)와 결합되어 있는 출력단자(5)에서는 모든 표유 전류(IS)의 합계만큼 감소된 램프 전류(I)가 상기 가스 방전 램프(1)로부터 발생하게 된다. 이로써, 한편으로는 상기 전극(2)으로부터 전극(3) 방향으로 상기 가스 방전 램프(1)의 휘도가 감소되어가고 다른 한편으로 상기 가스 방전 램프(1)의 주변에서는 결과적으로 표유 자계(Hres)가 생겨나는데, 그 이유는 상기 램프 전류의 값(들)이 상기 가스 방전 램프(1)의 평행 길이방향 양 부분의, 각각 서로 직접적으로 마주하는 장소에서 상이하게 강하고, 상이한 표유 자계(H1및 H2)가 발생하기 때문이다.
도 2는 누설 전류로 인하여 상기 가스 방전 램프(1)의 길이(L)에 걸쳐 연속적으로 감소되어 가는 램프 전류의 흐름을 예시적으로 도시한다.
도 3에 도시된 본 발명에 따른 조명장치의 회로 예는, 상기 고주파 드라이버 회로(6)의 양 출력단자(4 및 5)가 접지되어 있지 않고 상기 가스 방전 램프(1)의 중심 영역(11)이, 즉 상기 가스 방전 램프(1)의 평행 길이방향 양 부분이 횡단부를 통해 서로 결합되어 있는 곳이 전기적 접지(M)와 용량성 연결되어 있다는 점에서 도 1에 따른 공지된 조명장치의 예와 구별된다. 점선으로 표시된 바와 같이, 상기 가스 방전 램프(1)의 트리거링과 관련하여 인위적인 밸런스를 맞추기 위해서, 경우에 따라서는 상기 변성기(8)의 램프측 코일(10)이 중앙 탭을 통해 마찬가지로 전기적 접지(M)와 결합될 수 있다; 그러나 상기 가스 방전 램프(1)의 근본적인 작동에있어서 상기 결합은 아무 의미가 없다. 필연적인 표유 용량(CS)으로 인하여 본 발명에 따른 조명장치에서도 표유 전류(IS)가 흐르게 되고, 그러나 이 경우에 상기 표유 전류(IS)는 도 1에 따른 예에서와는 달리 상기 가스 방전 램프(1)의 절반으로부터 흘러나와서 상기 가스 방전 램프(1)의 다른 절반으로 다시 흘러들어 간다. 상기 가스 방전 램프(1)의 양 절반에 있는 표유 전류(IS)를 조건으로 전극(2 또는 3)으로부터 상기 가스 방전 램프(1)의 중심 방향으로 쉽게 감소되기 위해서, 램프 전류는 그러므로 상기 가스 방전 램프(1)의 양 전극(2 및 3)에서 그 최대 값(I)을 갖게된다. 상기 양 램프 절반 중 서로 직접적으로 마주하는 장소에서 램프 전류에 의해 야기된 표유 전계(H1및 H2)는 그러므로 합계상 동일한 크기이고 상쇄됨으로써, 결과적으로 표유 전계가 발생하지 않게 된다. 상기 가스 방전 램프(1)의 중심 영역에서는, 전기적 접지(M)와의 의도적인 거대한 용량성 결합으로 인해, 상기 가스 방전 램프에 흐르고 있는 램프 전류가 현저하게 감소된다. 이 경우에 상기 용량성 결합(CK)은 단락과 같은 작용을 하는데, 상기 단락은 상기 가스 방전 램프(1)의 중심 영역(11)의 시작에서 램프 전류의 대부분을 가스 방전 경로로부터 분기시키고 상기 중심 영역(11)에서는 통과하여 지나가게 하고 상기 중심 영역(11)의 끝에서는 다시 가스 방전 경로로 공급한다. 상기 가스 방전 램프(1)의 중심 영역(11)에서 감소되어 있는 램프 전류로 인하여 그 곳에서는 열 발생도 현저하게 떨어지게 됨으로써, 가스 방전 공간 중 가장 차가운 장소가 이 곳에 형성되고 가스분위기 내에 함유되어 있던 수은이 응축될 수 있다. 상기 방식으로 가스 방전 공간 내 수은 증기압이 조절된다.
도 4는 상기 가스 방전 램프(1)의 길이(L)에 걸친 전술된 램프 전류의 흐름에 대한 예를 도시한다.
도 5에 도시된 본 발명에 따른 조명장치의 실시예는 도 3에 도시된 가스 방전 램프(1) 4개를 구비하며, 상기 4개의 가스 방전 램프(1)는, 전극(2 및 3)이 라이트 박스(12)의 한 면(13)에서 상기 라이트 박스로부터 돌출하고 상기 가스 방전 램프(1)의 중심 영역(11)이 상기 라이트 박스(12)의 그 마주하는 면(14)에 전기적 용량성 접촉 및 열적 접촉되어 인접하는 방식으로, 나란히 위치하여 라이트 박스(12) 내에 배치된다. 이 경우에 상기 라이트 박스(12)는 전기적 접지(M)로 형성될 뿐만 아니라 상기 가스 방전 램프(1)로부터 상기 면(14)으로 전달되는 열을 분로시키는 열적 접지로도 형성된다. 상기 라이트 박스(12)의 면(13)에는 여기서는 유닛(16) 내에 조립되는, 상기 개별 형광 램프용 고주파 드라이버 회로를 수요하기 위한 간막이(15)가 접하고 있다. 상기 라이트 박스(12)의 내부면은 금속코팅되며, 도 6이 도 5에 따른 조명장치의 부분 횡단면도를 도시하는 바와 같이, 관찰자를 향하고 있는 면은 균일한 빛의 분배를 위한 산광기(17)로 폐쇄된다.
상기 가스 방전 램프(1)의 중심 영역(11)을 라이트 박스(12)로 형성된 전기적인 접지(M)에 용량성 연결시키는 것은 예컨대 상기 가스 방전 램프(1)의 해당 장소를 금속으로 피복하거나 금속 플레이트를 적절하게 배치함으로써 강화될 수 있다. 또한 상기 가스 방전 램프(11)의 중심 영역이 라이트 박스(12)의 면(14)에 있는 적합한 홈 내에 배치될 수 있으며, 또는 도 5에 따른 예 대신에 외부에서 상기 라이트 박스(12)에 인접할 수도 있다. 궁극적으로 열적 접지 연결 및 전기적 접지 연결은 열전도 페이스트를 이용하여 향상될 수 있다.
Claims (4)
- 적어도 하나의 실질상 U자형 가스 방전 램프(1)를 가진 조명장치로서, 상기 가스 방전 램프(1)가 가스 방전용 수은을 함유하고 상기 가스 방전 램프(1)의 전극(2, 3)이 고주파 드라이버 회로(6)의 출력단자(4, 5)에 접속되어 있는, 조명 장치에 있어서,상기 고주파 드라이버 회로(6)의 출력단자(4, 5)가 각각 전기적으로 접지되어 있지 않고, 상기 가스 방전 램프(1)의 중심 영역(11)이 전기적 접지(M)에 용량성 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 조명장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 적어도 하나의 가스 방전 램프(1)의 중심 영역(11)이 열적 접지에 추가적으로 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 조명장치.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,상기 전기적 및/또는 열적 접지(M)가 금속으로된 라이트 박스(12)로 이루어지며, 상기 가스 방전 램프(1)의 전극(2, 3)이 상기 라이트 박스(12)의 한 면(13)에서 상기 라이트 박스로부터 돌출하고 상기 가스 방전 램프의 중심 영역(11)이 상기 라이트 박스(12)의 그 마주하는 면(14)에서 상기 라이트 박스에 접하는 방식으로, 상기 적어도 하나의 가스 방전 램프(1)가 상기 라이트 박스(12) 내에 배치되는것을 특징으로 하는 조명장치.
- 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 고주파 드라이버 회로(6)가 회로측 코일 및 램프측 코일(9, 10)을 가진 출력 변성기(8)를 포함하며, 상기 출력단자(4, 5)가 상기 램프측 코일(10)의 단부에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 조명장치.
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